RU2457197C2 - Oxidation system having secondary reactor for side stream - Google Patents
Oxidation system having secondary reactor for side stream Download PDFInfo
- Publication number
- RU2457197C2 RU2457197C2 RU2008138888/04A RU2008138888A RU2457197C2 RU 2457197 C2 RU2457197 C2 RU 2457197C2 RU 2008138888/04 A RU2008138888/04 A RU 2008138888/04A RU 2008138888 A RU2008138888 A RU 2008138888A RU 2457197 C2 RU2457197 C2 RU 2457197C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reaction zone
- reactor
- reaction medium
- specified
- reaction
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
- C07C51/16—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J10/00—Chemical processes in general for reacting liquid with gaseous media other than in the presence of solid particles, or apparatus specially adapted therefor
- B01J10/002—Chemical processes in general for reacting liquid with gaseous media other than in the presence of solid particles, or apparatus specially adapted therefor carried out in foam, aerosol or bubbles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J10/00—Chemical processes in general for reacting liquid with gaseous media other than in the presence of solid particles, or apparatus specially adapted therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
- B01J8/1818—Feeding of the fluidising gas
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
- B01J8/20—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles with liquid as a fluidising medium
- B01J8/22—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles with liquid as a fluidising medium gas being introduced into the liquid
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
- C07C51/16—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
- C07C51/21—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen
- C07C51/255—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of compounds containing six-membered aromatic rings without ring-splitting
- C07C51/265—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of compounds containing six-membered aromatic rings without ring-splitting having alkyl side chains which are oxidised to carboxyl groups
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C63/00—Compounds having carboxyl groups bound to a carbon atoms of six-membered aromatic rings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00002—Chemical plants
- B01J2219/00027—Process aspects
- B01J2219/0004—Processes in series
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Настоящее изобретение относится к способу получения композиции поликарбоновой кислоты. Один из аспектов настоящего изобретения относится к частичному окислению ароматического соединения (например, пара-ксилола) с получением сырой ароматической дикарбоновой кислоты (например, сырой терефталевой кислоты), которая затем может быть подвергнута очистке и выделению. Другой аспект изобретения относится к усовершенствованной реакторной системе, которая обеспечивает более эффективный и экономичный процесс окисления.The present invention relates to a method for producing a polycarboxylic acid composition. One aspect of the present invention relates to the partial oxidation of an aromatic compound (e.g., para-xylene) to produce a crude aromatic dicarboxylic acid (e.g., crude terephthalic acid), which can then be purified and isolated. Another aspect of the invention relates to an improved reactor system that provides a more efficient and economical oxidation process.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
Реакции окисления используются в ряде существующих промышленных процессов. Например, жидкофазное окисление в настоящее время используют для окисления альдегидов до кислот (например, пропионового альдегида до пропионовой кислоты), окисление циклогексана до адипиновой кислоты и окисление алкилароматических соединений до спиртов, кислот или дикислот. Особенно значимым промышленным процессом окисления последней категории (окисление алкилароматических соединений) является жидкофазное каталитическое окисление пара-ксилола до терефталевой кислоты. Терефталевая кислота является важным соединением, находящим целый ряд применений. Основное применение терефталевой кислоты состоит в применении в качестве исходного сырья при производстве полиэтилентерефталата (ПЭТ, РЕТ). ПЭТ является хорошо известным пластиком, используемым в больших количествах во всем мире для производства изделий, таких как бутылки, волокна и упаковочный материал.Oxidation reactions are used in a number of existing industrial processes. For example, liquid phase oxidation is currently used to oxidize aldehydes to acids (e.g., propionic aldehyde to propionic acid), oxidize cyclohexane to adipic acid and oxidize alkyl aromatics to alcohols, acids or diacids. A particularly significant industrial oxidation process of the latter category (oxidation of alkyl aromatic compounds) is the liquid-phase catalytic oxidation of para-xylene to terephthalic acid. Terephthalic acid is an important compound that finds a number of uses. The main use of terephthalic acid is to use as a raw material in the production of polyethylene terephthalate (PET, PET). PET is a well-known plastic used in large quantities around the world for the manufacture of products such as bottles, fibers and packaging material.
В типичном процессе жидкофазного окисления, включая частичное окисление пара-ксилола до терефталевой кислоты, жидкофазный поток сырья и газофазный поток окислителя вводят в реактор и получают в реакторе многофазную реакционную среду. Жидкофазный поток сырья, введенный в реактор, содержит, по меньшей мере, одно способное к окислению органическое соединение (например, пара-ксилол), тогда как газофазный поток окислителя содержит молекулярный кислород. По меньшей мере, часть молекулярного кислорода, введенного в реактор в виде газа, растворяется в жидкой фазе реакционной среды, что обеспечивает доступность кислорода для жидкофазной реакции. Если жидкая фаза многофазной реакционной среды содержит недостаточную концентрацию молекулярного кислорода (например, если некоторые части реакционной среды являются «обедненными по кислороду»), нежелательные побочные реакции могут приводить к образованию примесей и/или целевые реакции могут быть замедлены по скорости. Если жидкая фаза многофазной реакционной среды содержит слишком мало способного к окислению соединения, скорость реакции может быть неприемлемо медленной. Кроме того, если жидкая фаза реакционной среды содержит избыточную концентрацию способного к окислению соединения, дополнительные нежелательные побочные реакции могут вызывать образование примесей.In a typical liquid phase oxidation process, including partial oxidation of para-xylene to terephthalic acid, a liquid phase feed stream and a gas phase oxidizer stream are introduced into the reactor and a multiphase reaction medium is obtained in the reactor. The liquid-phase feed stream introduced into the reactor contains at least one oxidizable organic compound (e.g., para-xylene), while the gas-phase oxidizer stream contains molecular oxygen. At least part of the molecular oxygen introduced into the reactor in the form of a gas is dissolved in the liquid phase of the reaction medium, which ensures the availability of oxygen for the liquid-phase reaction. If the liquid phase of the multiphase reaction medium contains an insufficient concentration of molecular oxygen (for example, if some parts of the reaction medium are “oxygen depleted”), undesirable side reactions can lead to the formation of impurities and / or target reactions can be slowed down. If the liquid phase of the multiphase reaction medium contains too little oxidizable compound, the reaction rate may be unacceptably slow. In addition, if the liquid phase of the reaction medium contains an excess concentration of the oxidizable compound, additional undesirable side reactions can cause the formation of impurities.
Обычные реакторы жидкофазного окисления оборудованы средствами смешения для перемешивания многофазной реакционной среды, находящейся в них. Перемешивание реакционной среды предусмотрено в целях стимулирования растворения молекулярного кислорода в жидкой фазе реакционной среды, поддержания относительно равномерных концентраций растворенного кислорода в жидкой фазе реакционной среды и поддержания относительно равномерных концентраций способного к окислению органического соединения в жидкой фазе реакционной среды.Conventional liquid phase oxidation reactors are equipped with mixing means for mixing the multiphase reaction medium contained therein. Stirring of the reaction medium is provided in order to stimulate the dissolution of molecular oxygen in the liquid phase of the reaction medium, to maintain relatively uniform concentrations of dissolved oxygen in the liquid phase of the reaction medium, and to maintain relatively uniform concentrations of oxidizable organic compound in the liquid phase of the reaction medium.
Перемешивание реакционной среды, подвергающейся жидкофазному окислению, часто достигается с помощью механических средств перемешивания в емкостях, таких как, например, непрерывные реакторы смешения (НРС, CSTR). Хотя НРС могут обеспечить тщательное перемешивание реакционной среды, НРС имеют ряд недостатков. Например, НРС имеют относительно высокую капитальную стоимость, так как для них требуются дорогие двигатели, гидростатические подшипники и приводные валы и/или сложные перемешивающие механизмы. Кроме того, вращающиеся и/или колеблющиеся механические компоненты обычных НРС требуют регулярного технического обслуживания. Затраты труда и время отключения, связанные с таким техническим обслуживанием, увеличивают эксплуатационные расходы для НРС. Однако даже при регулярном техническом обслуживании системы механического перемешивания, используемые в НРС, склонны к механическим поломкам и могут потребовать замены в течение относительно короткого периода времени.Mixing of the reaction medium subjected to liquid-phase oxidation is often achieved by mechanical means of mixing in containers, such as, for example, continuous mixing reactors (LDCs, CSTR). Although LDCs can provide thorough mixing of the reaction medium, LDCs have several disadvantages. For example, LDCs have a relatively high capital cost because they require expensive engines, hydrostatic bearings and drive shafts and / or complex mixing mechanisms. In addition, the rotating and / or oscillating mechanical components of conventional LDCs require regular maintenance. Labor costs and shutdown times associated with such maintenance increase operating costs for LDCs. However, even with regular maintenance, the mechanical agitation systems used in LDCs are prone to mechanical breakdowns and may require replacement within a relatively short period of time.
Реакторы по типу барботажной колонны дают привлекательную альтернативу НРС и другим реакторам окисления с механическим перемешиванием. Реакторы по типу барботажной колонны обеспечивают перемешивание реакционной среды без применения дорогого и ненадежного механического оборудования. Реакторы по типу барботажной колонны обычно включают удлиненную вертикальную реакционную зону, внутри которой находится реакционная среда. Перемешивание реакционной среды в реакционной зоне обеспечивается преимущественно за счет естественной плавучести пузырьков газа, поднимающихся вверх через жидкую фазу реакционной среды. Перемешивание за счет естественной плавучести, создаваемое в реакторах по типу барботажной колонны, снижает капитальные и эксплуатационные расходы относительно реакторов с механическим перемешиванием. Кроме того, по существу отсутствие движущихся механических деталей, связанных с реакторами по типу барботажной колонны, обеспечивает систему окисления, которая менее склонна к механическим поломкам, чем реакторы с механическим перемешиванием.Bubble column reactors provide an attractive alternative to LDCs and other mechanically agitated oxidation reactors. Bubble column reactors provide mixing of the reaction medium without the use of expensive and unreliable mechanical equipment. Bubble-column reactors typically include an elongated vertical reaction zone within which the reaction medium is located. Stirring of the reaction medium in the reaction zone is mainly due to the natural buoyancy of gas bubbles rising up through the liquid phase of the reaction medium. The mixing due to natural buoyancy created in the reactors as a bubble column reduces the capital and operating costs relative to reactors with mechanical stirring. In addition, the essentially absence of moving mechanical parts associated with bubble column reactors provides an oxidation system that is less prone to mechanical breakdowns than mechanically stirred reactors.
Когда жидкофазное частичное окисление пара-ксилола проводят в обычных реакторах окисления (НРС или в барботажной колонне), продукт, выводимый из реактора, как правило, представляет собой суспензию, содержащую сырую терефталевую кислоту (СТК, СТА) и маточную жидкость. СТК имеет относительно высокий уровень примесей (например, 4-карбоксибезальдегида, пара-толуиловой кислоты, флуоренонов и других окрашенных соединений), что делает ее неприемлемой в качестве сырья для производства ПЭТ. Следовательно, СТК, произведенная в обычных реакторах окисления, как правило, подвергается процессу очистки, который превращает СТК в очищенную терефталевую кислоту (ОТК, РТА), приемлемую для производства ПЭТ.When the liquid-phase partial oxidation of para-xylene is carried out in conventional oxidation reactors (LDCs or in a bubble column), the product withdrawn from the reactor is usually a suspension containing crude terephthalic acid (STK, CTA) and mother liquor. STK has a relatively high level of impurities (for example, 4-carboxybesaldehyde, para-toluic acid, fluorenones and other colored compounds), which makes it unacceptable as a raw material for the production of PET. Consequently, STK produced in conventional oxidation reactors is typically subjected to a purification process that converts STK into purified terephthalic acid (OTC, PTA) suitable for the production of PET.
Один из типичных процессов очистки для превращения СТК в ОТК включает следующие стадии: (1) замена маточной жидкости суспензии, содержащей СТК, водой; (2) нагревание суспензии СТК/вода для растворения СТК в воде; (3) каталитическое гидрирование раствора СТК/вода для превращения примесей в более желаемые и/или легко отделяемые соединения; (4) осаждение полученной ОТК из раствора гидрирования с помощью множества стадий кристаллизации и (5) выделение кристаллизованной ОТК из остальных жидкостей. Хотя этот тип обычного процесса очистки является эффективным, он может быть очень дорогим. Отдельные факторы, вносящие вклад в повышение стоимости обычных методов очистки СТК, включают, например, тепловую энергию, требуемую для стимулирования растворения СТК в воде, катализатор, необходимый для гидрирования, поток водорода, требуемый для гидрирования, потерю выхода, вызванную гидрированием некоторого количества терефталевой кислоты, и множество сосудов, необходимых для многоступенчатой кристаллизации. Следовательно, было бы желательно разработать систему окисления, способную производить СТК, которая могла бы быть очищена без необходимости стимулированного нагреванием растворения в воде, гидрирования и/или многоступенчатой кристаллизации.One of the typical purification processes for converting STK into OTC involves the following steps: (1) replacing the mother liquor of the suspension containing the STK with water; (2) heating the STK / water suspension to dissolve the STK in water; (3) catalytic hydrogenation of the STK / water solution to convert impurities into more desirable and / or readily separable compounds; (4) precipitating the obtained OTC from the hydrogenation solution using a plurality of crystallization steps; and (5) isolating the crystallized OTC from the remaining liquids. Although this type of conventional cleaning process is effective, it can be very expensive. Some factors contributing to the increase in the cost of conventional STK purification methods include, for example, the thermal energy required to stimulate the dissolution of STK in water, the catalyst required for hydrogenation, the hydrogen stream required for hydrogenation, the loss of yield caused by the hydrogenation of a certain amount of terephthalic acid , and many vessels required for multi-stage crystallization. Therefore, it would be desirable to develop an oxidation system capable of producing STK that could be purified without the need for heat-stimulated dissolution in water, hydrogenation and / or multi-stage crystallization.
ЦЕЛИ ИЗОБРЕТЕНИЯOBJECTS OF THE INVENTION
Таким образом, целью настоящего изобретения является разработка более эффективной и экономичной системы жидкофазного окисления.Thus, it is an object of the present invention to provide a more efficient and economical liquid phase oxidation system.
Другая цель изобретения состоит в разработке более эффективного и экономичного реактора и процесса жидкофазного каталитического частичного окисления пара-ксилола до терефталевой кислоты.Another objective of the invention is to develop a more efficient and economical reactor and process for the liquid phase catalytic partial oxidation of para-xylene to terephthalic acid.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание реактора по типу барботажной колонны, который способствует улучшенному протеканию реакций жидкофазного окисления с пониженным образованием примесей.Another objective of the present invention is to provide a bubble column reactor, which contributes to an improved reaction of liquid phase oxidation with reduced formation of impurities.
Еще одна цель настоящего изобретения состоит в разработке более эффективной и экономичной системы для производства чистой терефталевой кислоты (ЧТК, РТА) путем жидкофазного окисления пара-ксилола с получением сырой терефталевой кислоты (СТК) и затем очистки СТК до ЧТК.Another objective of the present invention is to develop a more efficient and economical system for the production of pure terephthalic acid (PTC, PTA) by liquid-phase oxidation of para-xylene to produce crude terephthalic acid (CTK) and then purification of CTK to CTK.
Другая цель настоящего изобретения состоит в создании реактора по типу барботажной колонны для окисления пара-ксилола и производства СТК, способной подвергаться очистке без необходимости стимулируемого нагреванием растворения СТК в воде, гидрирования растворенной СТК и/или многоступенчатой кристаллизации гидрированной СТК.Another objective of the present invention is to provide a bubble column reactor for the oxidation of para-xylene and the production of STK, capable of being purified without the need for heating stimulated dissolution of STK in water, hydrogenation of dissolved STK and / or multi-stage crystallization of hydrogenated STK.
Следует отметить, что объем настоящего изобретения, который определен в прилагаемой формуле изобретения, не ограничен способами и оборудованием, которые способны реализовать все перечисленные выше цели. Более того, объем заявленного изобретения может охватывать ряд систем, которые не достигают всех или каких-либо из перечисленных выше целей. Другие цели и преимущества настоящего изобретения будут легко очевидны специалисту в данной области техники при рассмотрении следующего подробного описания и сопровождающих чертежей.It should be noted that the scope of the present invention, which is defined in the attached claims, is not limited to methods and equipment that are able to realize all of the above objectives. Moreover, the scope of the claimed invention may cover a number of systems that do not achieve all or any of the above objectives. Other objectives and advantages of the present invention will be readily apparent to those skilled in the art upon consideration of the following detailed description and the accompanying drawings.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Один из вариантов осуществления настоящего изобретения относится к способу производства композиции поликарбоновой кислоты, и этот способ включает следующие стадии: (а) проведение окисления многофазной реакционной среды в реакторе первичного окисления, в результате чего получают первую суспензию; и (b) проведение дополнительного окисления, по меньшей мере, части первой суспензии в реакторе вторичного окисления, где реактор вторичного окисления представляет собой реактор по типу барботажной колонны.One of the embodiments of the present invention relates to a method for producing a polycarboxylic acid composition, and this method includes the following steps: (a) oxidizing a multiphase reaction medium in a primary oxidation reactor, resulting in a first suspension; and (b) conducting further oxidation of at least a portion of the first slurry in the secondary oxidation reactor, wherein the secondary oxidation reactor is a bubble column reactor.
Другой вариант осуществления настоящего изобретения относится к реакторной системе. Реакторная система включает реактор первичного окисления и реактор вторичного окисления. Реактор первичного окисления определяет границы первого впускного отверстия и первого выпускного отверстия. Реактор вторичного окисления представляет собой реактор по типу барботажной колонны, который определяет второе впускное отверстие и второе выпускное отверстие. Первое выпускное отверстие связано передачей потока жидкости со вторым впускным отверстием.Another embodiment of the present invention relates to a reactor system. The reactor system includes a primary oxidation reactor and a secondary oxidation reactor. The primary oxidation reactor defines the boundaries of the first inlet and the first outlet. The secondary oxidation reactor is a bubble column reactor that defines a second inlet and a second outlet. The first outlet is connected by transmitting a fluid flow to the second inlet.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описаны более подробно ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, гдеPreferred embodiments of the present invention are described in more detail below with reference to the accompanying drawings, where
ФИГ. 1 представляет собой вид сбоку реактора окисления, выполненного в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, в частности, иллюстрирующий введение потоков сырья, окислителя и флегмы в реактор, присутствие многофазной реакционной среды в реакторе и выведение газа и суспензии из верхней части и нижней части реактора соответственно;FIG. 1 is a side view of an oxidation reactor made in accordance with one embodiment of the present invention, in particular, illustrating the introduction of feed streams, oxidizing agent and reflux into the reactor, the presence of a multiphase reaction medium in the reactor, and the removal of gas and slurry from the upper and lower parts reactor, respectively;
ФИГ. 2 представляет собой увеличенный вид сбоку в разрезе нижней части реактора по типу барботажной колонны, полученный вдоль линии 2-2 на ФИГ. 3, в частности, иллюстрирующий расположение и конфигурацию барботера окислителя, используемого для введения потока окислителя в реактор;FIG. 2 is an enlarged side view in section of the lower part of the reactor as a bubble column obtained along line 2-2 of FIG. 3, in particular, illustrating the location and configuration of the oxidizer bubbler used to introduce the oxidant stream into the reactor;
ФИГ. 3 представляет собой вид сверху барботера окислителя ФИГ. 2, в частности, иллюстрирующий, что в верхней части барботера отсутствуют отверстия для подачи окислителя;FIG. 3 is a plan view of the oxidizer bubbler of FIG. 2, in particular, illustrating that there are no openings for supplying an oxidizer in the upper portion of the bubbler;
ФИГ. 4 представляет собой вид снизу барботера окислителя ФИГ. 2, в частности, иллюстрирующий конфигурацию отверстий для подачи окислителя в нижней части барботера;FIG. 4 is a bottom view of the oxidizer bubbler of FIG. 2, in particular, illustrating the configuration of the oxidant supply openings in the lower portion of the bubbler;
ФИГ. 5 представляет собой вид сбоку в разрезе барботера окислителя, полученный вдоль линии 5-5 на ФИГ. 3, в частности, иллюстрирующий ориентацию отверстий для подачи окислителя в нижней части барботера окислителя;FIG. 5 is a cross-sectional side view of an oxidizer bubbler obtained along line 5-5 of FIG. 3, in particular, illustrating the orientation of the oxidant supply openings in the lower portion of the oxidizer bubbler;
ФИГ. 6 представляет собой увеличенный вид сбоку в разрезе нижней части реактора по типу барботажной колонны, в частности, иллюстрирующий систему для введения потока сырья в реактор в многочисленных, разделенных вертикальными промежутками местоположениях;FIG. 6 is an enlarged cross-sectional side view of the bottom of the reactor as a bubble column, in particular, illustrating a system for introducing a feed stream into a reactor at multiple locations separated by vertical gaps;
ФИГ. 7 представляет собой вид сверху, полученный вдоль линии 7-7 на ФИГ. 6, в частности, иллюстрирующий, как система введения сырья, показанная на ФИГ. 6, распределяет поток сырья в предпочтительной радиальной зоне сырья (ЗС, FZ) и более чем одном азимутальном квадранте (Q1, Q2, Q3, Q4);FIG. 7 is a plan view taken along line 7-7 of FIG. 6, in particular, illustrating how the feed system shown in FIG. 6, distributes the feed stream in a preferred radial feed zone (ZS, FZ) and more than one azimuthal quadrant (Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 );
ФИГ. 8 представляет собой вид сверху в разрезе, аналогичный ФИГ. 7, но иллюстрирующий альтернативные средства для подачи потока сырья в реактор с использованием байонетных трубок, каждая из которых имеет множество небольших отверстий для сырья;FIG. 8 is a sectional plan view similar to FIG. 7, but illustrating alternative means for supplying a feed stream to the reactor using bayonet tubes, each of which has many small holes for the feed;
ФИГ. 9 представляет собой изометрический вид альтернативной системы для введения потока сырья в реакционную зону в многочисленных, разделенных вертикальными промежутками местоположениях без необходимости множества врезок в сосуд, в частности, иллюстрирующий, что система распределения сырья, по меньшей мере, частично может опираться на барботер окислителя;FIG. 9 is an isometric view of an alternative system for introducing a feed stream into the reaction zone at multiple locations separated by vertical gaps without the need for multiple cuts into the vessel, in particular illustrating that the feed distribution system can at least partially rely on an oxidizer bubbler;
ФИГ. 10 представляет собой вид сбоку системы распределения сырья с одной врезкой и барботера окислителя, представленных на ФИГ. 9;FIG. 10 is a side view of a single-sided feed distribution system and an oxidizer bubbler shown in FIG. 9;
ФИГ. 11 представляет собой вид сверху в разрезе, полученный по линии 11-11 на ФИГ. 10, и дополнительно иллюстрирует систему распределения сырья с одной врезкой, опирающуюся на барботер окислителя;FIG. 11 is a sectional top view taken along line 11-11 of FIG. 10, and further illustrates a single-sided feed distribution system based on an oxidizer bubbler;
ФИГ. 12 представляет собой вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, оборудованного внутренней и внешней реакционными емкостями;FIG. 12 is a side view of a bubble column reactor equipped with internal and external reaction vessels;
ФИГ. 13 представляет собой увеличенный вид в разрезе реактора по типу барботажной колонны ФИГ. 12, полученный по линии 13-13, в частности, иллюстрирующий относительную ориентацию внутренней и внешней реакционных емкостей;FIG. 13 is an enlarged sectional view of a reactor as a bubble column of FIG. 12, obtained along line 13-13, in particular, illustrating the relative orientation of the internal and external reaction vessels;
ФИГ. 14 представляет собой вид сбоку альтернативного реактора по типу барботажной колонны, оборудованного внутренней и внешней реакционными емкостями, в частности, иллюстрирующий, что внутренняя реакционная емкость имеет ступенчатый диаметр;FIG. 14 is a side view of an alternative bubble column reactor equipped with internal and external reaction vessels, in particular illustrating that the internal reaction vessel has a step diameter;
ФИГ. 15 представляет собой вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, оборудованного внешним реактором вторичного окисления, который принимает суспензию от боковой фракции в реакторе первичного окисления;FIG. 15 is a side view of a bubble column reactor equipped with an external secondary oxidation reactor that receives suspension from a side fraction in the primary oxidation reactor;
ФИГ. 16 представляет собой вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, оборудованного сквозным внешним реактором вторичного окисления, который принимает суспензию из увеличенного отверстия в боковой части реактора первичного окисления;FIG. 16 is a side view of a bubble column reactor equipped with a through-through external secondary oxidation reactor that receives a suspension from an enlarged hole in the side of the primary oxidation reactor;
ФИГ. 17а представляет собой схематичный вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, оборудованного внутренней структурой для усиления гидродинамики в реакторе;FIG. 17a is a schematic side view of a reactor as a bubble column equipped with an internal structure for enhancing hydrodynamics in a reactor;
ФИГ. 17b представляет собой вид в разрезе реактора ФИГ. 17а, полученный по линии 17b-17b на ФИГ. 17а;FIG. 17b is a sectional view of the reactor of FIG. 17a obtained along line 17b-17b of FIG. 17a;
ФИГ. 18а представляет собой схематичный вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, оборудованного первой альтернативной внутренней структурой для усиления гидродинамики реактора;FIG. 18a is a schematic side view of a bubble column reactor equipped with a first alternative internal structure to enhance reactor hydrodynamics;
ФИГ. 18b представляет собой вид в разрезе реактора ФИГ. 18а, полученный по линии 18b-18b на ФИГ. 18а;FIG. 18b is a sectional view of the reactor of FIG. 18a obtained through line 18b-18b of FIG. 18a;
ФИГ. 19а представляет собой схематичный вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, оборудованного второй альтернативной внутренней структурой для усиления гидродинамики реактора;FIG. 19a is a schematic side view of a bubble column reactor equipped with a second alternative internal structure to enhance reactor hydrodynamics;
ФИГ. 19b представляет собой вид в разрезе реактора ФИГ. 19а, полученный по линии 19b-19b на ФИГ. 19а;FIG. 19b is a sectional view of the reactor of FIG. 19a obtained through line 19b-19b of FIG. 19a;
ФИГ. 20а представляет собой схематичный вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, оборудованного третьей альтернативной внутренней структурой для усиления гидродинамики реактора;FIG. 20a is a schematic side view of a bubble column reactor equipped with a third alternative internal structure to enhance reactor hydrodynamics;
ФИГ. 20b представляет собой вид в разрезе реактора ФИГ. 20а, полученный по линии 20b-20b на ФИГ. 20а;FIG. 20b is a sectional view of the reactor of FIG. 20a obtained along line 20b-20b in FIG. 20a;
ФИГ. 21а представляет собой схематичный вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, оборудованного четвертой альтернативной внутренней структурой для усиления гидродинамики реактора;FIG. 21a is a schematic side view of a bubble column reactor equipped with a fourth alternative internal structure to enhance reactor hydrodynamics;
ФИГ. 21b представляет собой вид в разрезе реактора ФИГ. 21а, полученный по линии 21b-21b на ФИГ. 21а;FIG. 21b is a sectional view of the reactor of FIG. 21a received on line 21b-21b in FIG. 21a;
ФИГ. 22а представляет собой схематичный вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, оборудованного пятой альтернативной внутренней структурой для усиления гидродинамики реактора;FIG. 22a is a schematic side view of a bubble column reactor equipped with a fifth alternative internal structure to enhance reactor hydrodynamics;
ФИГ. 22b представляет собой вид в разрезе реактора ФИГ. 22а, полученный по линии 22b-22b на ФИГ. 22а;FIG. 22b is a sectional view of the reactor of FIG. 22a obtained via line 22b-22b of FIG. 22a;
ФИГ. 23а представляет собой схематичный вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, оборудованного шестой альтернативной внутренней структурой для усиления гидродинамики реактора;FIG. 23a is a schematic side view of a bubble column reactor equipped with a sixth alternative internal structure to enhance reactor hydrodynamics;
ФИГ. 23b представляет собой вид в разрезе реактора ФИГ. 23а, полученный по линии 23b-23b на ФИГ. 23а;FIG. 23b is a sectional view of the reactor of FIG. 23a received along line 23b-23b of FIG. 23a;
ФИГ. 24а представляет собой схематичный вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, оборудованного седьмой альтернативной внутренней структурой для усиления гидродинамики реактора;FIG. 24a is a schematic side view of a bubble column reactor equipped with a seventh alternative internal structure to enhance reactor hydrodynamics;
ФИГ. 24b представляет собой вид в разрезе реактора ФИГ. 24а, полученный по линии 24b-24b на ФИГ. 24а;FIG. 24b is a sectional view of the reactor of FIG. 24a received on line 24b-24b in FIG. 24a;
ФИГ. 25а представляет собой схематичный вид реактора по типу барботажной колонны со ступенчатым диаметром с усиливающей гидродинамику внутренней структурой;FIG. 25a is a schematic view of a bubble column reactor with a stepped diameter with hydrodynamic-enhancing internal structure;
ФИГ. 25b представляет собой вид в разрезе реактора ФИГ. 25а, полученный по линии 25b-25b на ФИГ. 25а;FIG. 25b is a sectional view of the reactor of FIG. 25a obtained along line 25b-25b of FIG. 25a;
ФИГ. 26 представляет собой вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, содержащего многофазную реакционную среду, в частности, иллюстрирующий реакционную среду, которая теоретически распределена на 30 горизонтальных тонких слоев равного объема, чтобы количественно определить некоторые градиенты в реакционной среде;FIG. 26 is a side view of a bubble column reactor containing a multiphase reaction medium, in particular illustrating a reaction medium that is theoretically distributed across 30 horizontal thin layers of equal volume to quantify some gradients in the reaction medium;
ФИГ. 27 представляет собой вид сбоку реактора по типу барботажной колонны, содержащего многофазную реакционную среду, в частности, иллюстрирующий первый и второй дискретные 20-процентные сплошные объемы реакционной среды, которые имеют по существу различные концентрации кислорода и/или скорости потребления кислорода;FIG. 27 is a side view of a bubble column reactor containing a multiphase reaction medium, in particular illustrating first and second discrete 20 percent continuous volumes of the reaction medium that have substantially different oxygen concentrations and / or oxygen consumption rates;
ФИГ. 28А и 28В представляют собой увеличенные виды частиц сырой терефталевой кислоты (СТК), произведенных в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, в частности, иллюстрирующие, что каждая частица СТК представляет собой частицу низкой плотности с высокой площадью поверхности, состоящую из множества свободно связанных субчастиц СТК;FIG. 28A and 28B are enlarged views of crude terephthalic acid (STK) particles produced in accordance with one embodiment of the present invention, in particular illustrating that each STK particle is a low density particle with a high surface area consisting of a plurality of freely bonded STC subparticles;
ФИГ. 29А и 29В представляют собой увеличенные виды полученной обычным образом СТК, особенно иллюстрирующие, что частица обычной СТК имеет увеличенный размер, более высокую плотность и более низкую площадь поверхности, чем частица заявляемой СТК ФИГ. 28А и 28В;FIG. 29A and 29B are enlarged views of a conventionally prepared CTK, particularly illustrating that a conventional CTK particle has an enlarged size, higher density, and lower surface area than the particle of the claimed STK of FIG. 28A and 28B;
ФИГ. 30 показывает упрощенную схему технологических потоков процесса предшествующего уровня техники для производства очищенной терефталевой кислоты (ОТК) иFIG. 30 shows a simplified flow diagram of a prior art process for the production of purified terephthalic acid (OTC) and
ФИГ. 31 показывает упрощенную схему технологических потоков процесса производства ОТК в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.FIG. 31 shows a simplified flow diagram of an OTC manufacturing process in accordance with one embodiment of the present invention.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Один из вариантов осуществления настоящего изобретения относится к жидкофазному частичному окислению способного к окислению соединения. Такое окисление предпочтительно проводят в жидкой фазе многофазной реакционной среды, находящейся в одном или в нескольких реакторах с перемешиванием. Подходящими реакторами с перемешиванием являются, например, реакторы с пузырьковым перемешиванием (например, реакторы по типу барботажной колонны), реакторы с механическим перемешиванием (например, непрерывные реакторы смешения) и реакторы с проточным перемешиванием (например, инжекторные реакторы). В одном из вариантов настоящего изобретения жидкофазное окисление проводят с использованием, по меньшей мере, одного реактора по типу барботажной колонны.One embodiment of the present invention relates to a liquid phase partial oxidation of an oxidizable compound. Such oxidation is preferably carried out in the liquid phase of a multiphase reaction medium in one or more stirred reactors. Suitable stirred reactors are, for example, bubble stirred reactors (e.g. bubble column reactors), mechanically stirred reactors (e.g. continuous mixing reactors), and flow stirred reactors (e.g. injection reactors). In one embodiment of the present invention, liquid phase oxidation is carried out using at least one bubble column reactor.
Используемое в данном случае определение «реактор по типу барботажной колонны» будет означать реактор для облегчения химических реакций в многофазной реакционной среде, где перемешивание реакционной смеси обеспечивается преимущественно за счет движения по направлению вверх пузырьков газа через реакционную среду. Используемое в данном случае определение «перемешивание» будет означать работу, распределенную в реакционной среде, которая вызывает потоки жидкости и/или перемешивание. Используемые в данном случае определения «большинство», «преимущественно» и «особенно» будут означать более чем 50%. Используемое в данном случае определение «механическое перемешивание» будет означать перемешивание реакционной среды, созданное физическим движением жесткого(их) или гибкого(их) элемента(ов) против или внутри реакционной среды. Например, механическое перемешивание может быть обеспечено за счет вращения, колебания и/или вибрации внутренних мешалок, лопастей, вибраторов или акустических диафрагм, расположенных в реакционной среде. Используемое в данном случае определение «перемешивание потоком» будет означать перемешивание реакционной среды, вызванное за счет высокой скорости инжекции и/или рециркулирования одной или нескольких текучих сред в реакционной среде. Например, перемешивание потоком может быть обеспечено с помощью насадок, эжекторов и/или эдукторов.Used in this case, the definition of "bubble column reactor" will mean a reactor to facilitate chemical reactions in a multiphase reaction medium, where the mixing of the reaction mixture is mainly due to the upward movement of gas bubbles through the reaction medium. Used in this case, the definition of "mixing" will mean work distributed in the reaction medium, which causes fluid flows and / or mixing. The definitions used in this case, "majority", "predominantly" and "especially" will mean more than 50%. Used in this case, the definition of "mechanical mixing" will mean the mixing of the reaction medium, created by the physical movement of the rigid (them) or flexible (their) element (s) against or inside the reaction medium. For example, mechanical mixing can be achieved by rotation, oscillation and / or vibration of internal mixers, blades, vibrators or acoustic diaphragms located in the reaction medium. Used in this case, the definition of "flow mixing" will mean the mixing of the reaction medium caused by the high injection rate and / or recycling of one or more fluids in the reaction medium. For example, flow mixing may be provided by nozzles, ejectors, and / or eductors.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения менее чем приблизительно 40% перемешивания реакционной среды в реакторе по типу барботажной колонны во время окисления обеспечивается с помощью механического перемешивания и/или перемешивания потоком, более предпочтительно менее чем приблизительно 20% перемешивания обеспечивается с помощью механического перемешивания и/или перемешивания потоком, и наиболее предпочтительно менее чем приблизительно 5% перемешивания обеспечивается с помощью механического перемешивания и/или перемешивания потоком. Предпочтительно количество механического перемешивания и/или перемешивания потоком, воздействующего на многофазную реакционную среду во время окисления, составляет менее чем приблизительно 3 киловатта на кубический метр реакционной среды, более предпочтительно менее чем приблизительно 2 киловатта на кубический метр и наиболее предпочтительно менее чем приблизительно 1 киловатт на кубический метр.In a preferred embodiment of the present invention, less than about 40% of the mixing of the reaction medium in a bubble column reactor during oxidation is provided by mechanical stirring and / or flow mixing, more preferably less than about 20% of the mixing is provided by mechanical stirring and / or mixing with a stream, and most preferably less than about 5% of the mixing is provided by mechanical mixing and / or mixing with a stream. Preferably, the amount of mechanical stirring and / or stream stirring acting on the multiphase reaction medium during oxidation is less than about 3 kilowatts per cubic meter of reaction medium, more preferably less than about 2 kilowatts per cubic meter, and most preferably less than about 1 kilowatt per cubic meter.
На ФИГ. 1 предпочтительный реактор по типу барботажной колонны 20 показан как состоящий из оболочки емкости 22, которая имеет реакционную секцию 24 и секцию отделения 26. Реакционная секция 24 определяет границы реакционной зоны 28, тогда как секция отделения 26 определяет границы зоны разделения 30. Преимущественно жидкофазный поток сырья вводят в реакционную зону 28 через впускное отверстие для сырья 32а,b,c,d. Преимущественно газофазный поток окислителя вводят в реакционную зону 28 через барботер окислителя 34, расположенный в нижней части реакционной зоны 28. Жидкофазный поток сырья и газофазный поток окислителя вместе образуют многофазную реакционную среду 36 в пределах реакционной зоны 28. Многофазная реакционная среда 36 содержит жидкую фазу и газовую фазу. Более предпочтительно многофазная реакционная среда 36 содержит трехфазную среду, имеющую твердофазный, жидкофазный и газофазный компоненты. Твердофазный компонент реакционной среды 36 предпочтительно выпадает в осадок внутри реакционной зоны 28 в результате реакции окисления, проводимой в жидкой фазе реакционной среды 36. Реактор по типу барботажной колонны 20 включает выпускное отверстие для суспензии 38, расположенное около днища реакционной зоны 28, и выпускное отверстие для газа 40, расположенное около верха зоны отделения 30. Суспензионный выходящий поток, содержащий жидкофазный и твердофазный компоненты реакционной среды 36, выводят из реакционной зоны 28 через выпускное отверстие для суспензии 38, тогда как преимущественно газообразный выходящий поток выводят из зоны отделения 30 через выпускное отверстие для газа 40.In FIG. 1, a preferred
Жидкофазный поток сырья, введенный в реактор по типу барботажной колонны 20 через впускное отверстие для сырья 32а,b,c,d, предпочтительно содержит способное к окислению соединение, растворитель и каталитическую систему.The liquid phase feed stream introduced into the reactor as a
Способное к окислению соединение, присутствующее в жидкофазном потоке сырья, предпочтительно содержит, по меньшей мере, одну углеводородную группу. Более предпочтительно способное к окислению соединение является ароматическим соединением. Еще более предпочтительно способное к окислению соединение является ароматическим соединением, по меньшей мере, с одной прикрепленной углеводородной группой, или, по меньшей мере, с одной прикрепленной замещенной углеводородной группой, или, по меньшей мере, с одним прикрепленным гетероатомом, или, по меньшей мере, с одной прикрепленной функцией карбоновой кислоты (-СООН). Даже более предпочтительно способное к окислению соединение является ароматическим соединением, по меньшей мере, с одной прикрепленной углеводородной группой, или, по меньшей мере, с одной прикрепленной замещенной углеводородной группой, причем каждая из прикрепленных групп содержит от 1 до 5 атомов углерода. Еще более предпочтительно способное к окислению соединение является ароматическим соединением, содержащим именно две прикрепленные группы, причем каждая из прикрепленных групп содержит именно один атом углерода и содержит метильные группы и/или замещенные метильные группы и/или, самое большее, одну группу карбоновой кислоты. Даже еще более предпочтительно способное к окислению соединение является пара-ксилолом, мета-ксилолом, пара-толуиловым альдегидом, мета-толуиловым альдегидом, пара-толуиловой кислотой, мета-толуиловой кислотой и/или ацетальдегидом. Наиболее предпочтительно способное к окислению соединение представляет собой пара-ксилол.The oxidizable compound present in the liquid phase feed stream preferably contains at least one hydrocarbon group. More preferably, the oxidizable compound is an aromatic compound. Even more preferably, the oxidizable compound is an aromatic compound with at least one attached hydrocarbon group, or at least one attached substituted hydrocarbon group, or at least one attached heteroatom, or at least , with one attached carboxylic acid function (-COOH). Even more preferably, the oxidizable compound is an aromatic compound with at least one attached hydrocarbon group, or at least one attached substituted hydrocarbon group, each attached group containing from 1 to 5 carbon atoms. Even more preferably, the oxidizable compound is an aromatic compound containing precisely two attached groups, each attached group containing exactly one carbon atom and containing methyl groups and / or substituted methyl groups and / or at most one carboxylic acid group. Even more preferably, the oxidizable compound is para-xylene, meta-xylene, para-toluyl aldehyde, meta-toluyl aldehyde, para-toluic acid, meta-toluic acid and / or acetaldehyde. Most preferably, the oxidizable compound is para-xylene.
«Углеводородная группа», как это определено в описании, представляет собой, по меньшей мере, один атом углерода, который связан только с атомами водорода или с другими атомами углерода. «Замещенная углеводородная группа», как это определено в описании, представляет собой, по меньшей мере, один атом углерода, связанный, по меньшей мере, с одним гетероатомом и, по меньшей мере, с одним атомом водорода. «Гетероатомы», как это определено в данном случае, представляют собой все атомы, отличные от атомов углерода и водорода. Ароматические соединения, которые определены в описании, содержат ароматическое кольцо, предпочтительно имеющее, по меньшей мере, 6 атомов углерода, даже более предпочтительно имеющее только атомы углерода как часть ароматического кольца. Подходящими примерами таких ароматических колец являются, но не ограничиваются ими, бензол, бифенил, терфенил, нафталин и другие конденсированные ароматические кольца на основе углерода.A “hydrocarbon group,” as defined herein, is at least one carbon atom that is bonded only to hydrogen atoms or to other carbon atoms. A “substituted hydrocarbon group,” as defined herein, is at least one carbon atom bonded to at least one heteroatom and at least one hydrogen atom. "Heteroatoms", as defined in this case, are all atoms other than carbon and hydrogen atoms. Aromatic compounds as defined herein contain an aromatic ring, preferably having at least 6 carbon atoms, even more preferably having only carbon atoms as part of an aromatic ring. Suitable examples of such aromatic rings include, but are not limited to, benzene, biphenyl, terphenyl, naphthalene and other carbon-based fused aromatic rings.
Если способное к окислению соединение, присутствующее в жидкофазном потоке сырья, является обычным твердым соединением (то есть является твердым при стандартной температуре и стандартном давлении), предпочтительно, чтобы способное к окислению соединение было по существу растворено в растворителе при введении в реакционную зону 28. Предпочтительно, чтобы точка кипения способного к окислению соединения при атмосферном давлении составляла, по меньшей мере, приблизительно 50ºС. Более предпочтительно температура кипения способного к окислению соединения находится в интервале приблизительно от 80 до 400ºС и наиболее предпочтительно в интервале от 125 до 155ºС. Количество способного к окислению соединения, присутствующее в жидкофазном потоке сырья, предпочтительно находится в интервале приблизительно от 2 до 40% масс., более предпочтительно в интервале приблизительно от 4 до 20% масс. и наиболее предпочтительно в интервале приблизительно от 6 до 15% масс.If the oxidizable compound present in the liquid phase feed stream is a conventional solid compound (that is, solid at standard temperature and standard pressure), it is preferable that the oxidizable compound be substantially dissolved in a solvent when introduced into the
В настоящее время отмечено, что способное к окислению соединение, присутствующее в жидкофазном сырье, может включать комбинацию двух или более различных способных к окислению химикатов. Эти два или более различных химических материалов могут быть поданы объединенными в жидкофазном потоке сырья или могут быть поданы отдельно в многочисленных потоках сырья. Например, способное к окислению соединение, содержащее пара-ксилол, мета-ксилол, пара-толуиловый альдегид, пара-толуиловую кислоту и ацетальдегид, может быть подано в реактор через одно впускное отверстие или через множество отдельных впускных отверстий.It has now been noted that an oxidizable compound present in a liquid phase feed may include a combination of two or more different oxidizable chemicals. These two or more different chemical materials may be filed combined in a liquid phase feed stream or may be fed separately in multiple feed streams. For example, an oxidizable compound comprising para-xylene, meta-xylene, para-toluyl aldehyde, para-toluic acid and acetaldehyde may be fed into the reactor through a single inlet or through multiple separate inlets.
Растворитель, присутствующий в жидкофазном потоке сырья, включает кислотный компонент и водный компонент. Растворитель предпочтительно присутствует в жидкофазном потоке сырья в концентрации в интервале приблизительно от 60 до 98% масс., более предпочтительно в интервале приблизительно от 80 до 96% масс. и наиболее предпочтительно в интервале от 85 до 94% масс. Кислотный компонент растворителя предпочтительно представляет собой преимущественно низкомолекулярную монокарбоновую кислоту, содержащую 1-6 атомов углерода, более предпочтительно 2 атома углерода. Наиболее предпочтительно кислотный компонент растворителя представляет собой преимущественно уксусную кислоту. Предпочтительно кислотный компонент составляет, по меньшей мере, приблизительно до 75% масс. растворителя, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 80% масс. растворителя и наиболее предпочтительно от 85 до 98% масс. растворителя, причем остаток составляет главным образом вода. Растворитель, введенный в реактор по типу барботажной колонны 20, может включать незначительные количества примесей, таких как, например, пара-толуиловый альдегид, терефталевый альдегид, 4-карбоксибензальдегид (4-КБА, 4-СВА), бензойная кислота, пара-толуиловая кислота, пара-толуиловый альдегид, альфа-бром-пара-толуиловая кислота, изофталевая кислота, фталевая кислота, тримеллитовая кислота, полиароматические соединения и/или суспендированные материалы в виде частиц. Предпочтительно, чтобы суммарное количество примесей в растворителе, введенном в реактор по типу барботажной колонны 20, составляло менее чем приблизительно 3% масс.The solvent present in the liquid phase feed stream includes an acid component and an aqueous component. The solvent is preferably present in the liquid phase feed stream at a concentration in the range of about 60 to 98% by weight, more preferably in the range of about 80 to 96% by weight. and most preferably in the range from 85 to 94% of the mass. The acid component of the solvent is preferably a predominantly low molecular weight monocarboxylic acid containing 1-6 carbon atoms, more preferably 2 carbon atoms. Most preferably, the acid component of the solvent is predominantly acetic acid. Preferably, the acid component is at least up to about 75% by weight. solvent, more preferably at least about 80% of the mass. solvent and most preferably from 85 to 98% of the mass. solvent, the remainder being mainly water. The solvent introduced into the reactor as a
Каталитическая система, присутствующая в жидкофазном потоке сырья, предпочтительно является гомогенной, жидкофазной каталитической системой, способной активировать окисление (включая частичное окисление) способного к окислению соединения. Более предпочтительно каталитическая система содержит, по меньшей мере, один поливалентный переходный металл. Еще более предпочтительно поливалентный переходный металл представляет собой кобальт. Даже более предпочтительно каталитическая система включает кобальт и бром. Наиболее предпочтительно каталитическая система включает кобальт, бром и марганец.The catalyst system present in the liquid phase feed stream is preferably a homogeneous, liquid phase catalyst system capable of activating the oxidation (including partial oxidation) of the oxidizable compound. More preferably, the catalyst system comprises at least one polyvalent transition metal. Even more preferably, the polyvalent transition metal is cobalt. Even more preferably, the catalyst system includes cobalt and bromine. Most preferably, the catalyst system includes cobalt, bromine and manganese.
Когда кобальт присутствует в каталитической системе, предпочтительно, чтобы количество кобальта, присутствующего в жидкофазном потоке сырья, было таковым, чтобы концентрация кобальта в жидкой фазе реакционной среды 36 поддерживалась в интервале приблизительно от 300 до 6000 массовых частей на миллион (масс.ч./млн), более предпочтительно в интервале приблизительно от 700 до 4200 масс.ч./млн, и наиболее предпочтительно в интервале от 1200 до 3000 масс.ч./млн. Когда в каталитической системе присутствует бром, предпочтительно, чтобы количество брома, присутствующего в жидкофазном потоке сырья, было таковым, чтобы концентрация брома в жидкой фазе реакционной среды 36 поддерживалась в интервале приблизительно от 300 до 5000 масс.ч./млн, более предпочтительно в интервале приблизительно от 600 до 4000 масс.ч./млн и наиболее предпочтительно в интервале от 900 до 3000 масс.ч./млн. Когда в каталитической системе присутствует марганец, предпочтительно, чтобы количество марганца, присутствующего в жидкофазном потоке сырья, было таковым, чтобы концентрация марганца в жидкой фазе реакционной среды 36 поддерживалась в интервале приблизительно от 20 до 1000 масс.ч/млн, более предпочтительно в интервале приблизительно от 40 до 500 масс.ч/млн, и наиболее предпочтительно в интервале от 50 до 200 масс.ч/млн.When cobalt is present in the catalyst system, it is preferable that the amount of cobalt present in the liquid phase feed stream is such that the cobalt concentration in the liquid phase of
Концентрации кобальта, брома и/или марганца в жидкой фазе реакционной среды 36, приведенные выше, выражены из расчета на усредненные по времени и усредненные по объему значения. Используемое в данном случае понятие «усредненное по времени» означает среднее значение, по меньшей мере, для 10 измерений, полученных в одинаковых условиях в течение непрерывного периода времени, по меньшей мере, 100 сек. Используемое в данном случае понятие «усредненное по объему» означает среднее значение, по меньшей мере, для 10 измерений, полученных в однородном 3-мерном пространстве по всему определенному объему.The concentrations of cobalt, bromine and / or manganese in the liquid phase of the
Массовое отношение кобальта к брому (Со:Br) в каталитической системе, введенной в реакционную зону 28, предпочтительно находится в интервале приблизительно от 0,25:1 до 4:1, более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,5:1 до 3:1 и наиболее предпочтительно в интервале от 0,75:1 до 2:1. Массовое отношение кобальта к марганцу (Со:Mn) в каталитической системе, введенной в реакционную зону 28, предпочтительно находится в интервале приблизительно от 0,3:1 до 40:1, более предпочтительно в интервале приблизительно от 5:1 до 30:1 и наиболее предпочтительно в интервале от 10:1 до 25:1.The mass ratio of cobalt to bromine (Co: Br) in the catalyst system introduced into
Жидкофазный поток сырья, введенный в реактор по типу барботажной колонны 20, может включать небольшие количества примесей, таких как, например, толуол, этилбензол, пара-толуиловый альдегид, терефталевый альдегид, 4-карбоксибензальдегид (4-КБА, 4-СВА), бензойная кислота, пара-толуиловая кислота, пара-толуиловый альдегид, альфа-бром-пара-толуиловая кислота, изофталевая кислота, фталевая кислота, тримеллитовая кислота, полиароматические соединения и/или суспендированные материалы в виде частиц. Когда реактор по типу барботажной колонны 20 используют для производства терефталевой кислоты, мета-ксилол и орто-ксилол также считаются примесями. Предпочтительно, чтобы суммарное количество примесей в жидкофазном сырье, введенном в реактор по типу барботажной колонны 20, составляло менее чем приблизительно 3% масс.The liquid phase feed stream introduced into the reactor as a
Хотя ФИГ. 1 иллюстрирует вариант осуществления изобретения, где способное к окислению соединение, растворитель и каталитическая система смешаны вместе и вводятся в реактор по типу барботажной колонны 20 в виде единственного потока сырья, в альтернативном варианте осуществления изобретения способное к окислению соединение, растворитель и каталитическая система могут быть введены в реактор по типу барботажной колонны 20 по отдельности. Например, допустимо подавать поток пара-ксилола в реактор по типу барботажной колонны 20 через впускное отверстие, отдельное от впускного(ых) отверстия(ий) для растворителя и катализатора.Although FIG. 1 illustrates an embodiment of the invention where the oxidizable compound, solvent and catalyst system are mixed together and introduced into the reactor as a
Преимущественно газофазный поток окислителя, введенный в реактор по типу барботажной колонны 20 через барботер окислителя 34, содержит молекулярный кислород (О2). Предпочтительно поток окислителя содержит в интервале приблизительно от 5 до 40% мол. молекулярного кислорода, более предпочтительно в интервале приблизительно от 15 до 30% мол. молекулярного кислорода и наиболее предпочтительно в интервале от 18 до 24% мол. молекулярного кислорода. Предпочтительно, чтобы остальное количество потока окислителя составлял главным образом газ или газы, такие как азот, которые инертны к окислению. Более предпочтительно поток окислителя состоит по существу из молекулярного кислорода и азота. Наиболее предпочтительно поток окислителя представляет собой сухой воздух, который содержит приблизительно 21% мол. молекулярного кислорода и приблизительно от 78 до 81% мол. азота. В альтернативном варианте настоящего изобретения поток окислителя может содержать по существу чистый кислород.Advantageously, the gas phase oxidant stream introduced into the reactor as a
На ФИГ. 1 реактор по типу барботажной колонны 20 предпочтительно оборудован распределителем флегмы 42, расположенным выше верхней поверхности 44 реакционной среды 36. Распределитель флегмы 42 работает так, чтобы вводить капли преимущественно жидкофазного потока флегмы в зону отделения 30 с помощью любого средства образования капель, известного в данной области техники. Более предпочтительно распределитель флегмы 42 дает распыл капель, направленный вниз по направлению к верхней поверхности 44 реакционной среды 36. Предпочтительно этот направленный вниз распыл капель оказывает воздействие (то есть, затрагивает и влияет), по меньшей мере, приблизительно на 50% площади максимального горизонтального поперечного сечения зоны отделения 30. Более предпочтительно распыл капель оказывает воздействие, по меньшей мере, на 75% площади максимального горизонтального поперечного сечения зоны отделения 30. Наиболее предпочтительно распыл капель оказывает воздействие, по меньшей мере, на 90% площади максимального горизонтального поперечного сечения зоны отделения 30. Этот направленный вниз распыл жидкой флегмы может способствовать предупреждению образования пены на верхней поверхности или выше верхней поверхности 44 реакционной среды 36 и также может способствовать отделению любых капель жидкости или суспензии, захваченных перемещающимся вверх газом, который протекает в направлении выпускного отверстия для газа 40. Кроме того, жидкая флегма может служить для снижения количества материала в форме частиц и потенциального осаждения соединений (например, растворенной бензойной кислоты, пара-толуиловой кислоты, 4-КБА, терефталевой кислоты и каталитических солей металла), присутствующих в газообразном выходящем потоке, выводимом из зоны отделения 30 через выпускное отверстие для газа 40. Кроме того, введение капель флегмы в зону отделения 30 за счет перегонки может быть подогнано к композиции газообразного выходящего потока, выводимого через выпускное отверстие для газа 40.In FIG. 1, the
Поток жидкой флегмы, введенный в реактор по типу барботажной колонны 20 через распределитель флегмы 42, предпочтительно имеет приблизительно тот же состав, что и компонент растворителя жидкофазного потока сырья, введенного в реактор по типу барботажной колонны 20 через впускное отверстие для сырья 32а,b,c,d. Следовательно, предпочтительно, чтобы поток жидкой флегмы содержал кислотный компонент и воду. Кислотный компонент потока флегмы предпочтительно представляет собой низкомолекулярную монокарбоновую кислоту, содержащую 1-6 атомов углерода, более предпочтительно 2 атома углерода. Наиболее предпочтительно кислотный компонент потока флегмы представляет собой уксусную кислоту. Предпочтительно кислотный компонент составляет, по меньшей мере, приблизительно до 75% масс. потока флегмы, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 80% масс. потока флегмы и наиболее предпочтительно от 85 до 98% масс. потока флегмы, причем остальное количество составляет вода. Так как поток флегмы, как правило, по существу имеет тот же состав, что и растворитель в жидкофазном потоке сырья, когда в описании дается ссылка на «весь растворитель», введенный в реактор, такой «весь растворитель» будет включать как поток флегмы, так и растворитель как часть потока сырья.The liquid reflux stream introduced into the reactor as a
Во время жидкофазного окисления в реакторе по типу барботажной колонны 20, предпочтительно, чтобы потоки сырья, окислителя и флегмы по существу непрерывно вводились в реакционную зону 28, тогда как выходящие потоки газа и суспензии по существу непрерывно выводились из реакционной зоны 28. Используемое в данном случае определение «по существу непрерывно» означает период в течение, по меньшей мере, 10 час, прерываемый менее чем на 10 минут. Во время окисления предпочтительно, чтобы способное к окислению соединение (например, пара-ксилол) по существу непрерывно вводилось в реакционную зону 28 при скорости, по меньшей мере, приблизительно 8000 килограмм в час, более предпочтительно при скорости в интервале приблизительно от 15000 до 200000 кг/час, еще более предпочтительно в интервале приблизительно от 22000 до 150000 кг/час и наиболее предпочтительно в интервале приблизительно от 30000 до 100000 кг/час. Хотя, как правило, предпочтительно, чтобы расходы поступающих потоков сырья, окислителя и флегмы были по существу стационарными, надо отметить, что один из вариантов осуществления настоящего изобретения предполагает пульсирование поступающего потока сырья, окислителя и/или флегмы, чтобы улучшить смешение и массовую передачу. Когда поступающий поток сырья, окислителя и/или флегмы вводят в пульсирующем режиме, предпочтительно, чтобы их расходы менялись в пределах приблизительно от 0 до 500% от стационарных расходов, указанных в настоящем изобретении, более предпочтительно в пределах приблизительно от 30 до 200% от стационарных расходов, указанных в настоящем изобретении, наиболее предпочтительно в пределах от 80 до 120% от стационарных расходов, указанных в настоящем изобретении.During liquid phase oxidation in a
Средняя объемная скорость реакции (СОС, STR) в реакторе по типу барботажной колонны 20 определяется как масса способного к окислению соединения, поданная на единицу объема реакционной среды 36 в единицу времени (например, килограмм пара-ксилола, поданного на кубический метр в час). При обычном применении количество способного к окислению соединения, не превращенного в продукт, перед расчетом СОС, как правило, необходимо вычитать из количества способного к окислению соединения в потоке сырья. Однако конверсия и выход обычно являются высокими для многих способных к окислению соединений, предпочтительных в данном случае (например, для пара-ксилола), и удобно определять это понятие так, как указано выше. По причине капитальных затрат и рабочих материалов, наряду с другими, в целом предпочтительно, чтобы реакция проводилась с высокой СОС. Однако проведение реакции с все более и более высокой СОС может оказывать влияние на количество или выход частичного окисления. Реактор по типу барботажной колонны 20 особенно полезен, когда СОС способного к окислению соединения (например, пара-ксилола) находится в интервале приблизительно от 25 до 400 килограмм на кубический метр в час, более предпочтительно в интервале приблизительно от 30 до 250 кг/м3·час, еще более предпочтительно приблизительно от 35 до 150 кг/м3·час и наиболее предпочтительно от 40 до 100 кг/м3·час.The average volumetric reaction rate (SOS, STR) in a reactor as a
СОС кислорода в реакторе по типу барботажной колонны 20 определяют как массу молекулярного кислорода, потребленную на единицу объема реакционной среды 36 в единицу времени (например, килограмм молекулярного кислорода на кубический метр в час). По причине капитальных затрат и расхода растворителя на окисление, наряду с другими, в целом предпочтительно, чтобы реакция проводилась с высокой СОС кислорода. Однако проведение реакции с более и более высокой СОС кислорода снижает количество или выход частичного окисления. Без привязки к какой-либо теории, это, по-видимому, связано со скоростью переноса молекулярного кислорода из газовой фазы в жидкую фазу у площади межфазной поверхности и оттуда в объем жидкости. Слишком высокая СОС кислорода, вероятно, приводит к слишком низкому содержанию растворенного кислорода в объеме жидкой фазы реакционной среды.The oxygen SOS in the reactor as a
Обобщенно-усредненную СОС кислорода определяют в данном случае как весь кислород, потребленный во всем объеме реакционной среды 36 в единицу времени (например, килограмм молекулярного кислорода, потребленного на кубический метр в час). Реактор по типу барботажной колонны 20 особенно полезен, когда обобщенно-усредненная СОС кислорода находится в интервале приблизительно от 25 до 400 килограмм на кубический метр в час, более предпочтительно в интервале приблизительно от 30 до 250 кг/м3·час, еще более предпочтительно приблизительно от 35 до 150 кг/м3·час и наиболее предпочтительно от 40 до 100 кг/м3·час.The generalized-average oxygen SOS is defined in this case as all the oxygen consumed in the entire volume of the reaction medium 36 per unit time (for example, a kilogram of molecular oxygen consumed per cubic meter per hour). A
Во время окисления в реакторе по типу барботажной колонны 20 предпочтительно, чтобы отношение удельного массового расхода всего растворителя (как из потока сырья, так и из потока флегмы) к удельному массовому расходу способного к окислению соединения, входящего в реакционную зону 28, поддерживалось в интервале приблизительно от 2:1 до 50:1, более предпочтительно в интервале приблизительно от 5:1 до 40:1 и наиболее предпочтительно в интервале приблизительно от 7,5:1 до 25:1. Предпочтительно отношение удельного массового расхода всего растворителя, введенного в виде части потока сырья, к удельному массовому расходу растворителя, введенного в виде части потока флегмы, поддерживается в интервале приблизительно от 0,5:1 до отсутствия какого-либо потока флегмы, более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,5:1 до 4:1, еще более предпочтительно в интервале приблизительно от 1:1 до 2:1 и наиболее предпочтительно в интервале от 1,25:1 до 1,5:1.During oxidation in a
Во время жидкофазного окисления в реакторе по типу барботажной колонны 20 предпочтительно, чтобы поток окислителя вводился в реактор по типу барботажной колонны 20 в количестве, которое обеспечивает молекулярный кислород слегка выше стехиометрической потребности в кислороде. Количество избыточного молекулярного кислорода, требуемое для наиболее хороших результатов с конкретным способным к окислению соединением, оказывает влияние на общую экономику жидкофазного окисления. Во время жидкофазного окисления в реакторе по типу барботажной колонны 20 предпочтительно, чтобы отношение удельного массового расхода окислителя к удельному массовому расходу способного к окислению органического соединения (например, пара-ксилола), поступающего в реактор 20, поддерживалось в интервале приблизительно от 0,5:1 до 20:1, более предпочтительно в интервале приблизительно от 1:1 до 10:1 и более предпочтительно в интервале от 2:1 до 6:1.During liquid phase oxidation in a
На ФИГ. 1 потоки сырья, окислителя и флегмы, введенные в реактор по типу барботажной колонны 20, вместе образуют, по меньшей мере, часть многофазной реакционной среды 36. Реакционная среда 36 предпочтительно является трехфазной средой, содержащей твердую фазу, жидкую фазу и газовую фазу. Как упоминалось выше, окисление способного к окислению соединения (например, пара-ксилола) преимущественно имеет место в жидкой фазе реакционной среды 36. То есть жидкая фаза реакционной среды 36 содержит растворенный кислород и способное к окислению соединение. Экзотермическая природа реакции окисления, которая имеет место в ректоре по типу барботажной колонны 20, заставляет часть растворителя (например, уксусной кислоты и воды), введенного через впускное отверстие для сырья 32а,b,c,d, кипеть/испаряться. Следовательно, газовая фаза реакционной среды 36 в реакторе 20 образуется преимущественно из испарившегося растворителя и нерастворенной, непрореагировавшей части потока окислителя.In FIG. 1, the feed streams, oxidizing agent and reflux introduced into the reactor as a
В некоторых реакторах окисления предшествующего уровня техники используются теплообменные трубки/пластины, чтобы нагревать или охлаждать реакционную среду. Однако такие теплообменные структуры могут быть нежелательны в заявляемом реакторе и в процессе, описанном в данном случае. Следовательно, предпочтительно, чтобы реактор по типу барботажной колонны 20 по существу не включал поверхности, которые вступают в контакт с реакционной средой 36, и показывал усредненный по времени удельный тепловой поток больше чем 30000 ватт на квадратный метр. Кроме того, предпочтительно, чтобы менее чем приблизительно 50% усредненной по времени теплоты реакции реакционной среды 36 отводилось с помощью теплообменных поверхностей, более предпочтительно менее чем приблизительно 30% теплоты реакции отводилось с помощью теплообменных поверхностей и наиболее предпочтительно менее чем приблизительно 10% теплоты реакции отводилось с помощью теплообменных поверхностей.Some prior art oxidation reactors use heat transfer tubes / plates to heat or cool the reaction medium. However, such heat transfer structures may not be desirable in the inventive reactor and in the process described in this case. Therefore, it is preferable that the
Концентрация растворенного кислорода в жидкой фазе реакционной среды 36 представляет собой динамическое равновесие между скоростью массовой передачи от газовой фазы и скоростью потребления в ходе реакции в пределах жидкой фазы (то есть оно не устанавливается просто за счет парциального давления молекулярного кислорода в поддерживающей газовой фазе, хотя это и является одним из факторов в восполнении доли растворенного кислорода и действительно оказывает влияние на ограничивающую верхнюю концентрацию растворенного кислорода). Количество растворенного кислорода меняется локально, являясь более высоким около межфазной поверхности пузырьков. В общем случае количество растворенного кислорода зависит от соотношения факторов подачи и потребления в различных областях реакционной среды 36. По времени количество растворенного кислорода зависит от равномерности смешения газа и жидкости относительно скоростей химического потребления. При желании уровнять соответствующим образом подачу и потребление растворенного кислорода в жидкой фазе реакционной среды 36 предпочтительно, чтобы усредненная по времени и усредненная по объему концентрация кислорода в жидкой фазе реакционной среды 36 поддерживалась выше приблизительно 1 мол. ч/млн, более предпочтительно в интервале приблизительно от 4 до 1000 мол. ч./млн, еще более предпочтительно в интервале приблизительно от 8 до 500 мол. ч./млн и наиболее предпочтительно в интервале от 12 до 120 мол. ч./млн.The concentration of dissolved oxygen in the liquid phase of the
Реакция жидкофазного окисления, проводимая в реакторе по типу барботажной колонны 20, предпочтительно является реакцией с осаждением, которая дает твердые вещества. Более предпочтительно жидкофазное окисление, проводимое в реакторе по типу барботажной колонны 20, заставляет, по меньшей мере, приблизительно 10% масс. способного к окислению соединения (например, пара-ксилола), вводимого в реакционную зону 28, образовывать в реакционной среде 36 твердое соединение (например, частицы сырой терефталевой кислоты). Еще более предпочтительно жидкофазное окисление заставляет, по меньшей мере, приблизительно 50% масс. способного к окислению соединения давать в реакционной среде 36 твердое вещество. Наиболее предпочтительно жидкофазное окисление заставляет, по меньшей мере, приблизительно 90% масс. способного к окислению соединения давать в реакционной среде 36 твердое вещество. Предпочтительно, чтобы суммарное количество твердых веществ в реакционной среде 36 было больше чем приблизительно 3% масс. из расчета на усреднение по времени и усреднение по объему. Более предпочтительно суммарное количество твердых веществ в реакционной среде 36 поддерживается в интервале приблизительно от 5 до 40% масс., еще более предпочтительно в интервале приблизительно от 10 до 35% масс. и наиболее предпочтительно в интервале от 15 до 30% масс. Предпочтительно, чтобы существенная часть продукта окисления (например, терефталевой кислоты), произведенного в реакторе по типу барботажной колонны 20, присутствовала в реакционной среде 36 в виде твердых веществ, в противоположность остальному количеству, растворенному в жидкой фазе реакционной среды 36. Количество твердой фазы продукта окисления, присутствующее в реакционной среде 36, предпочтительно составляет, по меньшей мере, приблизительно 25% масс. из расчета на весь продукт окисления (твердая и жидкая фаза) в реакционной среде 36, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 75% масс. из расчета на весь продукт окисления в реакционной среде 36 и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 95% масс. из расчета на весь продукт окисления в реакционной среде 36. Численные интервалы, приведенные выше для количества твердых веществ в реакционной среде 36, по существу применимы для стационарного режима работы барботажной колонны 20 в течение по существу непрерывного периода времени, без запуска, остановки или операций оптимизации реактора типа барботажной колонны 20. Количество твердых веществ в реакционной среде 36 определяется с помощью гравиметрического метода. В указанном гравиметрическом методе соответствующую часть суспензии выводят из реакционной среды и взвешивают. При условиях, которые эффективно сохраняют общее твердофазное распределение, присутствующее в реакционной среде, свободную жидкость удаляют из части твердых веществ путем осаждения или фильтрования, эффективно без потери осажденных твердых веществ и при менее чем приблизительно 10% начальной массы жидкости, остающейся с частью твердых веществ. Оставшуюся жидкость на твердых веществах упаривают досуха, эффективно без сублимации твердых веществ. Оставшуюся часть твердых веществ взвешивают. Отношение массы части твердых веществ к массе исходной части суспензии представляет собой долю твердых веществ, обычно выражаемую в процентах.The liquid phase oxidation reaction carried out in the reactor as a
Реакция с осаждением, проводимая в реакторе по типу барботажной колонны 20, может вызвать образование загрязнения (то есть накопление твердых веществ) на поверхности некоторых жестких структур, которые контактируют с реакционной средой 36. Следовательно, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения предпочтительно, чтобы реактор по типу барботажной колонны 20 по существу не включал внутренних теплообменных, перемешивающих или отклоняющих поток структур в реакционной зоне 28, так как такие структуры будут способствовать образованию загрязнений. Если внутренние структуры присутствуют в реакционной зоне 28, желательно исключить внутренние структуры, имеющие внешние поверхности, которые имеют значительную площадь обращенной наверх плоской поверхности, которая весьма склонна к образованию загрязнений. Таким образом, если любые внутренние структуры присутствуют в реакционной зоне 28, предпочтительно, чтобы менее чем приблизительно 20% всей площади обращенной наверх подвергающейся воздействию внешней поверхности таких внутренних структур образовывало по существу плоские поверхности, наклоненные менее чем приблизительно на 15 градусов от горизонтали. Внутренние структуры с конфигурацией такого типа называют как имеющие «незагрязняющуюся» конфигурацию.The deposition reaction carried out in the reactor as a
Что касается ФИГ. 1, то физическая конфигурация реактора по типу барботажной колонны 20 помогает обеспечить оптимизированное окисление способного к окислению соединения (например, пара-ксилола) с минимальным образованием примесей. Предпочтительно, чтобы удлиненная реакционная секция 24 оболочки емкости 22 включала по существу основной цилиндрический корпус 46 и дно 48. Верхний конец реакционной зоны 28 определен горизонтальной плоскостью 50, простирающейся через верхнюю часть основного цилиндрического корпуса 46. Нижний конец 52 реакционной зоны 28 определен с помощью самой нижней внутренней поверхностью дна 48. Как правило, нижний конец 52 реакционной зоны 28 располагается рядом с отверстием для выпускного отверстия для суспензии 38. Следовательно, удлиненная реакционная зона 28, определенная внутри реактора по типу барботажной колонны 20, имеет максимальную длину «L», измеренную от верхнего конца 50 до нижнего конца 52 реакционной зоны 28 вдоль оси удлиненного основного цилиндрического корпуса 46. Длина «L» реакционной зоны 28 предпочтительно находится в интервале приблизительно от 10 до 100 метров, более предпочтительно в интервале приблизительно от 20 до 75 метров и наиболее предпочтительно в интервале от 25 до 50 метров. Реакционная зона 28 имеет максимальный диаметр (ширину) «D», который, как правило, равен максимальному внутреннему диаметру основного цилиндрического корпуса 46. Максимальный диаметр «D» реакционной зоны 28 предпочтительно находится в интервале приблизительно от 1 до 12 метров, более предпочтительно в интервале приблизительно от 2 до 10 метров, еще более предпочтительно в интервале приблизительно от 3,1 до 9 метров и наиболее предпочтительно в интервале от 4 до 8 метров. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения реакционная зона 28 имеет отношение длины к диаметру «L:D» в интервале приблизительно от 6:1 до 30:1. Еще более предпочтительно реакционная зона 28 имеет отношение «L:D» в интервале приблизительно от 8:1 до 20:1. Наиболее предпочтительно реакционная зона 28 имеет отношение «L:D» в интервале от 9:1 до 15:1.As for FIG. 1, the physical configuration of the reactor as a
Как обсуждалось выше, реакционная зона 28 реактора по типу барботажной колонны 20 принимает многофазную среду 36. Реакционная среда 36 имеет нижний конец, совпадающий с нижним концом 52 реакционной зоны 28, и верхний конец, расположенный у верхней поверхности 44. Верхняя поверхность 44 реакционной среды 36 определена вдоль горизонтальной плоскости, которая пересекает реакционную зону 28 в вертикальном положении, где содержимое реакционной зоны 28 переходит от сплошного газофазного состояния к сплошному жидкофазному состоянию. Верхняя поверхность 44 предпочтительно расположена при вертикальном расположении, где локальное усредненное по времени удерживание газа тонким горизонтальным слоем содержимого реакционной зоны 28 составляет 0,9.As discussed above, the
Реакционная среда 36 имеет максимальную высоту «Н», измеряемую между ее верхним и нижним концами. Максимальная ширина «W» реакционной среды 36, как правило, равна максимальному диаметру «D» основного цилиндрического корпуса 46. Во время жидкофазного окисления в реакторе по типу барботажной колонны 20 предпочтительно, чтобы высота «Н» поддерживалась приблизительно на 60-120% от «L», более предпочтительно приблизительно от 80 до 110% от «L», наиболее предпочтительно приблизительно от 85 до 100% от «L». В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения реакционная среда 36 имеет отношение высоты к ширине «H:W» больше чем приблизительно 3:1. Более предпочтительно реакционная среда 36 имеет отношение «H:W» в интервале приблизительно от 7:1 до 25:1. Еще более предпочтительно реакционная среда 36 имеет отношение высоты к ширине «H:W» в интервале приблизительно от 8:1 до 20:1. Наиболее предпочтительно реакционная среда 36 имеет отношение высоты к ширине «H:W» в интервале приблизительно от 9:1 до 15:1. В одном из вариантов изобретения L=H и D=W так, что различные размеры или отношения, предложенные для L и D, также применимы к Н и W, и наоборот.The
Относительно высокие отношения L:D и H:W, предложенные в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, могут вносить вклад в некоторые значимые преимущества заявляемой системы. Как обсуждается более подробно ниже, установлено, что более высокие отношения L:D и H:W, а также некоторые другие признаки, обсуждающиеся ниже, могут стимулировать возникновение благоприятных вертикальных градиентов концентраций молекулярного кислорода и/или способного к окислению соединения (например, пара-ксилола) в реакционной среде 36. В отличие от общепринятого мнения, которое отдает предпочтение хорошо перемешанной реакционной среде с относительно однородными концентрациями повсюду, установлено, что вертикальное ступенчатое измерение концентраций кислорода и/или способного к окислению соединения способствует более эффективной и экономичной реакции окисления. Минимизация концентраций кислорода и способного к окислению соединения около верхней части реакционной среды 36 может содействовать исключению потерь непрореагировавшего кислорода и непрореагировавшего способного к окислению соединения через верхнее выпускное отверстие для газа 40. Однако если концентрации способного к окислению соединения и непрореагировавшего кислорода невелики по всей реакционной среде 36, то скорость и/или селективность окисления снижаются. Следовательно, предпочтительно, чтобы концентрации молекулярного кислорода и/или способного к окислению соединения были значительно более высокими около нижней части реакционной среды 36, чем около верхней части реакционной среды 36.The relatively high L: D and H: W ratios proposed in accordance with an embodiment of the present invention can contribute to some significant advantages of the inventive system. As discussed in more detail below, it has been found that higher L: D and H: W ratios, as well as some other features discussed below, can induce favorable vertical gradients of molecular oxygen concentration and / or an oxidizable compound (e.g., para- xylene) in the
Кроме того, высокие отношения L:D и H:W приводят к тому, что давление в нижней части реакционной среды 36 значительно выше, чем давление в верхней части реакционной среды 36. Такой вертикальный градиент давления является результатом высоты и плотности реакционной среды 36. Одно из преимуществ вертикального градиента давления состоит в том, что повышенное давление в нижней части емкости приводит к большей растворимости кислорода и большему массовому переносу, чем достигалось бы в противном случае при сравнимых температурах и головном давлении в неглубоких реакторах. Следовательно, реакция окисления может быть проведена при более низких температурах, чем можно было бы ожидать в случае менее глубоких реакторов. Когда реактор по типу барботажной колонны 20 используется для частичного окисления пара-ксилола до сырой терефталевой кислоты (СТК), способность работать при более низких температурах с таким же или более хорошим массовым переносом кислорода имеет ряд преимуществ. Например, низкотемпературное окисление пара-ксилола снижает количество растворителя, сжигаемого во время реакции. Как обсуждается более подробно ниже, низкотемпературное окисление также способствует образованию небольших, имеющих высокую площадь поверхности, свободно связанных, легко растворяемых частиц СТК, которые могут быть подвергнуты более экономичным методикам очистки, чем большие, имеющие низкую площадь поверхности, плотные частицы СТК, производимые с помощью обычных высокотемпературных процессов окисления.In addition, high L: D and H: W ratios cause the pressure in the lower part of the
Во время окисления в реакторе 20 предпочтительно, чтобы усредненная по времени и усредненная по объему температура реакционной среды 36 поддерживалась в интервале приблизительно от 125 до 200ºС, более предпочтительно в интервале приблизительно от 140 до 180ºС и наиболее предпочтительно в интервале от 150 до 170ºС. Головное давление выше реакционной среды 36 предпочтительно поддерживается в интервале приблизительно от 1 до 20 абсолютных бар (абс. бар), более предпочтительно в интервале приблизительно от 2 до 12 абс. бар и наиболее предпочтительно в интервале от 4 до 8 абс. бар. Предпочтительно разница давлений между верхом реакционной среды 36 и низом реакционной среды 36 находится в интервале приблизительно от 0,4 до 5 бар, более предпочтительно разница давлений находится в интервале приблизительно от 0,7 до 3 бар и наиболее предпочтительно разница давлений составляет от 1 до 2 бар. Хотя в общем случае предпочтительно, чтобы головное давление выше реакционной среды 36 поддерживалось при относительно постоянном значении, один из вариантов настоящего изобретения подразумевает пульсирующее головное давление, чтобы способствовать улучшенному смешению и/или массовому переносу в реакционной среде 36. Когда головное давление пульсирует, предпочтительно, чтобы импульсные давления находились в интервале приблизительно от 60 до 140% от головного давления в стационарном состоянии, указанного в настоящем изобретении, более предпочтительно приблизительно от 85 до 115% от головного давления в стационарном состоянии, указанного в настоящем изобретении, и наиболее предпочтительно от 95 до 105% от головного давления в стационарном состоянии, указанного в настоящем изобретении.During oxidation in the
Другое преимущество высокого отношения «L:D» реакционной зоны 28 состоит в том, что оно может вносить вклад в повышение средней приведенной скорости реакционной среды 36. Определение «приведенная скорость» и «приведенная скорость газа», используемое в данном случае по отношению к реакционной среде 36, означает объемную скорость потока газовой фазы реакционной среды 36 при подъеме в реакторе, поделенную на площадь горизонтального поперечного сечения реактора на этой отметке высоты. Повышенная приведенная скорость, обеспечиваемая высоким отношением L:D реакционной зоны 28, может способствовать локальному смешению и повышению удерживания газа реакционной среды 36. Усредненные по времени приведенные скорости реакционной среды 36 на одной четвертой высоты, на половине высоты и/или на трех четвертях высоты реакционной среды 36 предпочтительно составляют приблизительно больше чем 0,3 метра в секунду, более предпочтительно находятся в интервале приблизительно от 0,8 до 5 м/сек, еще более предпочтительно находятся в интервале приблизительно от 0,9 до 4 м/сек и наиболее предпочтительно в интервале приблизительно от 1 до 3 м/сек.Another advantage of the high “L: D” ratio of
На ФИГ. 1 секция отделения 26 реактора по типу барботажной колонны 20 представляет собой просто расширенную часть оболочки емкости 22, расположенную непосредственно над реакционной секцией 24. Секция отделения 26 снижает скорость протекающей по направлению вверх газовой фазы в реакторе по типу барботажной колонны 20, когда газовая фаза поднимается над верхней поверхностью 44 реакционной среды 36 и достигает выпускного отверстия для газа 40. Такое снижение скорости подъема вверх газовой фазы способствует легкому удалению захваченных жидкостей и/или твердых веществ в протекающей наверх газовой фазе и, следовательно, снижает нежелательные потери компонентов, присутствующих в жидкой фазе реакционной среды 36.In FIG. 1 section of the
Секция отделения 26 предпочтительно в большинстве случаев включает переходную стенку в форме усеченного конуса 54, цилиндрическую широкую боковую стенку 56 и верхнюю головную часть 58. Узкий нижний конец переходной стенки 54 соединен с верхом основного цилиндрического корпуса 46 реакционной секции 24. Широкий верхний конец переходной стенки 54 соединен с низом широкой боковой стенки 56. Предпочтительно, чтобы переходная стенка 54 простиралась вверх и наружу от ее узкого нижнего конца под углом в интервале приблизительно от 10 до 70 градусов от вертикали, более предпочтительно в интервале приблизительно от 15 до 50 градусов от вертикали и наиболее предпочтительно в интервале приблизительно от 15 до 45 градусов от вертикали. Широкая боковая стенка 56 имеет максимальный диаметр «Х», который, как правило, больше чем максимальный диаметр «D» реакционной секции 24, хотя когда верхняя часть реакционной секции 24 имеет меньший диаметр, чем весь максимальный диаметр реакционной секции 24, то Х может быть фактически меньше D. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения отношение диаметра широкой боковой стенки 56 к максимальному диаметру реакционной секции 24 «X:D» находится в интервале приблизительно от 0,8:1 до 4:1, наиболее предпочтительно в интервале от 1,1:1 до 2:1. Верхняя головная часть 58 соединена с верхом широкой боковой стенки 56. Верхняя головная часть 58 предпочтительно представляет собой эллиптический головной элемент, ограничивающий центральное отверстие, которое дает возможность газу покидать зону отделения 30 через выпускное отверстие для газа 40. С другой стороны, верхняя головная часть 58 может иметь любую конфигурацию, в том числе коническую. Зона отделения 30 имеет максимальную высоту «Y», которую измеряют от верха 50 реакционной зоны 28 до самой верхней части зоны отделения 30. Отношение длины реакционной зоны 28 к высоте зоны отделения 30 «L:Y» предпочтительно находится в интервале приблизительно от 2:1 до 24:1, более предпочтительно в интервале приблизительно от 3:1 до 20:1 и наиболее предпочтительно в интервале от 4:1 до 16:1.The
Что касается ФИГ. 1-5, то местоположение и конфигурация барботера окислителя 34 будут обсуждены более подробно. ФИГ. 2 и 3 показывают, что барботер окислителя 34 может включать кольцевой элемент 60 и пару трубопроводов для поступления окислителя 64а,b. Обычно такие трубопроводы для поступления окислителя 64а,b могут входить в емкость на отметке высоты выше кольцевого элемента 60 и затем поворачивать вниз, как показано на ФИГ. 2. С другой стороны, трубопровод для поступления окислителя может входить в емкость ниже кольцевого элемента 60 или приблизительно на той же горизонтальной плоскости, что и кольцевой элемент 60. Каждый трубопровод для поступления окислителя 64а,b включает первый конец, соединенный с соответствующим впускным отверстием для окислителя 66а,b, образованным в оболочке емкости 22, и второй конец, подвижно соединенный с кольцевым элементом 60. Кольцевой элемент 60 предпочтительно образован из трубопроводов, более предпочтительно из множества секций прямых трубопроводов и наиболее предпочтительно из множества секций прямых трубок, жестко присоединенных одна к другой с образованием трубчатого многоугольного кольца. Предпочтительно кольцевой элемент 60 образован, по меньшей мере, из трех секций прямых труб, более предпочтительно из 6-10 секций труб и наиболее предпочтительно из 8 секций труб. Соответственно, когда кольцевой элемент 60 образован из 8 трубчатых секций, он имеет конфигурацию восьмиугольника. Предпочтительно, чтобы секции труб, которые образуют трубопроводы для поступления окислителя 64а,b и кольцевой элемент 60, имели номинальный диаметр больше чем приблизительно 0,1 метр, более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,2 до 2 м и наиболее предпочтительно в интервале от 0,25 до 1 м. Как, по-видимому, наиболее хорошо показано на ФИГ.3, предпочтительно, чтобы по существу не было отверстий, образованных в верхней части кольца барботера 60.As for FIG. 1-5, the location and configuration of the
Как, по-видимому, наиболее хорошо показано на ФИГ.4 и 5, нижняя часть кольца барботера окислителя 60 имеет множество отверстий для окислителя 68. Отверстия для окислителя 68 предпочтительно имеют такую конфигурацию, что, по меньшей мере, приблизительно 1% общей площади пропускного сечения, ограниченной отверстиями для окислителя 68, расположено ниже центральной линии 64 (ФИГ. 5) кольцевого элемента 60, где центральная линия 64 расположена на высоте объемного центра тяжести кольцевого элемента 60. Более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 5% общей площади пропускного сечения, очерченной всеми отверстиями для окислителя 68, расположено ниже центральной линии 64, причем, по меньшей мере, приблизительно 2% общей площади пропускного сечения определено отверстиями 68, которые выпускают поток окислителя преимущественно по направлению вниз в пределах приблизительно 30 градусов от вертикали. Еще более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 20% общей площади пропускного сечения, очерченной всеми отверстиями для окислителя 68, расположено ниже центральной линии 64, причем, по меньшей мере, приблизительно 10% общей площади пропускного сечения определено отверстиями 68, которые выпускают поток окислителя преимущественно по направлению вниз в пределах приблизительно 30 градусов от вертикали. Наиболее предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 75% общей площади пропускного сечения, очерченной всеми отверстиями для окислителя 68, расположено ниже центральной линии 64, причем, по меньшей мере, приблизительно 40% общей площади пропускного сечения определено отверстиями 68, которые выпускают поток окислителя преимущественно по направлению вниз в пределах приблизительно 30 градусов от вертикали. Доля общей площади пропускного сечения, очерченной всеми отверстиями для окислителя 68, которые расположены выше центральной линии 64, предпочтительно составляет меньше чем приблизительно 75%, более предпочтительно меньше чем приблизительно 50%, еще более предпочтительно меньше чем приблизительно 25% и наиболее предпочтительно меньше чем 5%.As is apparently best shown in FIGS. 4 and 5, the bottom of the
Как показано на ФИГ. 4 и 5, отверстия для окислителя 68 включают направленные вниз отверстия 68а и скошенные отверстия 68b. Направленные вниз отверстия 68а имеют такую конфигурацию, чтобы выпускать поток окислителя преимущественно вниз под углом в пределах приблизительно 30 градусов от вертикали, более предпочтительно в пределах приблизительно 15 градусов от вертикали и наиболее предпочтительно в пределах приблизительно 5 градусов по вертикали. Что касается ФИГ. 5, то скошенные отверстия 68b имеют такую конфигурацию, чтобы выпускать поток окислителя преимущественно в сторону и вниз под углом «А», который находится в интервале приблизительно от 15 до 75 градусов от вертикали, более предпочтительно угол А находится в интервале приблизительно от 30 до 60 градусов от вертикали и наиболее предпочтительно угол А находится в интервале от 40 до 50 градусов от вертикали.As shown in FIG. 4 and 5, openings for oxidizing
Предпочтительно, чтобы по существу все отверстия для окислителя 68 имели приблизительно одинаковый диаметр. Диаметр отверстий для окислителя 68 предпочтительно находится в интервале приблизительно от 2 до 300 миллиметров, более предпочтительно в интервале приблизительно от 4 до 120 мм и наиболее предпочтительно в интервале от 8 до 60 мм. Суммарное число отверстий для окислителя 68 в кольцевом элементе 60 выбирают так, чтобы оно соответствовало критерию низкого перепада давлений, подробно рассмотренному ниже. Предпочтительно суммарное число отверстий для окислителя 68, образованное в кольцевом элементе 60, составляет, по меньшей мере, приблизительно 10, более предпочтительно суммарное число отверстий для окислителя 68 находится в интервале приблизительно от 20 до 200 и наиболее предпочтительно суммарное число отверстий для окислителя 68 находится в интервале приблизительно от 40 до 100.Preferably, substantially all of the openings for oxidizing
Хотя ФИГ. 1-5 иллюстрируют вполне конкретную конфигурацию для барботера окислителя 34, нужно отметить, что целый ряд конфигураций барботера окислителя может быть использован для достижения описанных в настоящем изобретении преимуществ. Например, нет необходимости в том, чтобы барботер окислителя имел восьмиугольную конфигурацию кольцевого элемента, показанную на ФИГ. 1-5. Более того, допустимо, чтобы барботер окислителя образовывал любую конфигурацию проточного(ых) трубопровода(ов), в которой используют множество расположенных на расстоянии отверстий для выпуска потока окислителя. Размер, число и направление выпуска отверстий для окислителя в проточном трубопроводе предпочтительно находятся в пределах интервалов, представленных выше. Кроме того, барботер окислителя предпочтительно конфигурирован так, чтобы обеспечить азимутальное и радиальное распределение молекулярного кислорода, описанное выше.Although FIG. 1-5 illustrate a very specific configuration for an
Независимо от конкретной конфигурации барботера окислителя 34, предпочтительно, чтобы барботер окислителя был физически конфигурирован и ориентирован таким образом, чтобы свести до минимума перепад давлений, связанный с выпуском потока окислителя из проточного(ых) трубопровода(ов) через отверстия для окислителя и в реакционную зону. Такой перепад давлений рассчитывают в виде усредненного по времени статического давления потока окислителя внутри проточного трубопровода у выходных отверстий для окислителя 66а,b минус усредненное по времени статическое давление в реакционной зоне на отметке высоты, где одна половина потока окислителя введена выше этого вертикального местоположения, а другая половина потока окислителя введена ниже этого вертикального местоположения. В предпочтительном варианте настоящего изобретения усредненный по времени перепад давлений, связанный с выпуском потока окислителя из барботера окислителя, составляет менее чем приблизительно 0,3 мегапаскаля (МПа), более предпочтительно менее чем приблизительно 0,2 МПа, еще более предпочтительно менее чем приблизительно 0,1 МПа и наиболее предпочтительно менее чем 0,05 МПа.Regardless of the specific configuration of the
Необязательно для барботера окислителя 34 может быть предусмотрена непрерывная или периодическая промывка с помощью жидкости (например, уксусной кислоты, воды и/или пара-ксилола), чтобы предупредить загрязнение барботера окислителя твердыми веществами. При использовании такой промывки жидкостью предпочтительно, чтобы эффективное количество жидкости (то есть не только небольшое количество жидких капель, которое может естественно присутствовать в потоке окислителя) пропускалось через барботер окислителя и выходило из отверстий для окислителя, по меньшей мере, в течение одного периода больше одной минуты каждый день. Когда жидкость непрерывно или периодически выпускают из барботера окислителя 34, предпочтительно, чтобы усредненное по времени отношение удельного массового расхода жидкости через барботер окислителя к удельному массовому расходу молекулярного кислорода через барботер окислителя находилось в интервале приблизительно от 0,05:1 до 30:1, или в интервале приблизительно от 0,1:1 до 2:1, или даже в интервале от 0,2:1 до 1:1.Optionally, an
Во многих обычных реакторах по типу барботажной колонны, содержащих многофазную реакционную среду, по существу вся реакционная среда, расположенная ниже барботера окислителя (или другого механизма для введения потока окислителя в реакционную зону), имеет очень низкое значение удерживания газа. Как известно в данной области техники, «удерживание газа» просто представляет собой объемную долю многофазной среды, которая находится в газообразном состоянии. Зоны низкого удерживания газа в среде могут также быть названы «неаэрируемыми» зонами. Во многих обычных реакторах по типу барботажной колонны значительная часть общего объема реакционной среды расположена ниже барботера окислителя (или другого механизма для введения потока окислителя в реакционную зону). Следовательно, значительная часть реакционной среды, находящейся у днища обычных реакторов по типу барботажной колонны, является неаэрируемой.In many conventional bubble column reactors containing a multiphase reaction medium, substantially all of the reaction medium located below the oxidizer bubbler (or other mechanism for introducing the oxidizer stream into the reaction zone) has a very low gas retention value. As is known in the art, “gas retention” simply represents the volume fraction of a multiphase medium that is in a gaseous state. Zones of low gas retention in the medium can also be called "non-aerated" zones. In many conventional bubble column reactors, a significant portion of the total volume of the reaction medium is located below the oxidizer bubbler (or other mechanism for introducing the oxidizer stream into the reaction zone). Therefore, a significant part of the reaction medium located at the bottom of conventional reactors as a bubble column is non-aerated.
Установлено, что сведение до минимума количества неаэрируемых зон в реакционной среде, подвергаемой окислению в реакторе по типу барботажной колонны, может свести до минимума образование некоторых нежелательных примесей. Неаэрируемые зоны реакционной среды содержат относительно немного пузырьков окислителя. Такой низкий объем пузырьков окислителя снижает количество молекулярного кислорода, доступного для растворения в жидкой фазе реакционной среды. Следовательно, жидкая фаза в неаэрируемой зоне реакционной среды имеет относительно низкую концентрацию молекулярного кислорода. Такие обедненные по кислороду, неаэрируемые зоны реакционной среды имеют тенденцию стимулировать нежелательные побочные реакции, а не целевую реакцию окисления. Например, когда пара-ксилол частично окисляют с образованием терефталевой кислоты, недостаточная доступность кислорода в жидкой фазе реакционной среды может вызвать образование нежелательно высоких количеств бензойной кислоты и сопряженных ароматических колец, в особенности включающих весьма нежелательные окрашенные молекулы, известные как флуореноны и антрахиноны.It was found that minimizing the number of non-aerated zones in the reaction medium subjected to oxidation in the reactor as a bubble column can minimize the formation of some undesirable impurities. Non-aerated zones of the reaction medium contain relatively few oxidizing bubbles. Such a low volume of oxidizer bubbles reduces the amount of molecular oxygen available for dissolution in the liquid phase of the reaction medium. Therefore, the liquid phase in the non-aerated zone of the reaction medium has a relatively low concentration of molecular oxygen. Such oxygen depleted, non-aerated zones of the reaction medium tend to stimulate undesirable side reactions rather than the target oxidation reaction. For example, when para-xylene is partially oxidized to form terephthalic acid, the insufficient availability of oxygen in the liquid phase of the reaction medium may cause the formation of undesirably high amounts of benzoic acid and conjugated aromatic rings, especially including highly undesirable colored molecules known as fluorenones and anthraquinones.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения жидкофазное окисление проводят в реакторе по типу барботажной колонны, конфигурированном и ориентированном таким образом, чтобы объемная доля реакционной среды с низкими значениями удерживания газа была минимизирована. Такая минимизация неаэрируемых зон может быть количественно оценена путем теоретического распределения всего объема реакционной среды на 2000 дискретных горизонтальных тонких слоев одинакового объема. За исключением самого высокого и самого низкого горизонтальных тонких слоев, каждый горизонтальный тонкий слой имеет дискретный объем, ограниченный по его сторонам боковой стенкой реактора и ограниченный сверху и снизу воображаемыми горизонтальными плоскостями. Самый высокий горизонтальный тонкий слой ограничен снизу воображаемой горизонтальной плоскостью, а сверху верхней поверхностью реакционной среды. Самый нижний горизонтальный тонкий слой ограничен сверху воображаемой горизонтальной плоскостью, а снизу нижним концом емкости. После теоретического распределения реакционной среды на 2000 дискретных горизонтальных тонких слоев равного объема, может быть определено усредненное по времени и усредненное по объему удерживание газа каждого горизонтального тонкого слоя. Когда используется такой метод определения количества неаэрируемых зон, предпочтительно, чтобы число горизонтальных тонких слоев, имеющих усредненное по времени и усредненное по объему удерживание газа менее чем 0,1, составляло менее чем 30, более предпочтительно менее чем 15, еще более предпочтительно менее чем 6, даже более предпочтительно менее чем 4 и наиболее предпочтительно менее чем 2. Предпочтительно, чтобы число горизонтальных тонких слоев, имеющих удерживание газа менее чем 0,2, составляло менее чем 80, более предпочтительно менее чем 40, еще более предпочтительно менее чем 20, даже более предпочтительно менее чем 12 и наиболее предпочтительно менее чем 5. Предпочтительно, чтобы число горизонтальных тонких слоев, имеющих удерживание газа менее чем 0,3, составляло менее чем 120, более предпочтительно менее чем 80, еще более предпочтительно менее чем 40, даже более предпочтительно менее чем 20 и наиболее предпочтительно менее чем 15.In accordance with one embodiment of the present invention, liquid phase oxidation is carried out in a bubble column reactor configured and oriented so that the volume fraction of the reaction medium with low gas retention values is minimized. Such minimization of non-aerated zones can be quantified by theoretical distribution of the entire volume of the reaction medium into 2000 discrete horizontal thin layers of the same volume. With the exception of the highest and lowest horizontal thin layers, each horizontal thin layer has a discrete volume bounded on its sides by the side wall of the reactor and bounded above and below by imaginary horizontal planes. The highest horizontal thin layer is bounded below by an imaginary horizontal plane, and above by the upper surface of the reaction medium. The lowest horizontal thin layer is bounded above by an imaginary horizontal plane, and below by the lower end of the tank. After a theoretical distribution of the reaction medium into 2000 discrete horizontal thin layers of equal volume, the time-averaged and volume-averaged gas retention of each horizontal thin layer can be determined. When such a method of determining the number of non-aerated zones is used, it is preferable that the number of horizontal thin layers having a time averaged and volume averaged gas retention of less than 0.1 is less than 30, more preferably less than 15, even more preferably less than 6 , even more preferably less than 4 and most preferably less than 2. Preferably, the number of horizontal thin layers having a gas retention of less than 0.2 is less than 80, more preferably less than 40, even more preferably less than 20, even more preferably less than 12 and most preferably less than 5. Preferably, the number of horizontal thin layers having a gas retention of less than 0.3 is less than 120, more preferably less than 80, even more preferably less than 40, even more preferably less than 20, and most preferably less than 15.
Что касается ФИГ. 1 и 2, то установлено, что расположение барботера окислителя 34 ниже в реакционной зоне 28, обеспечивает несколько преимуществ, в том числе уменьшение количества неаэрируемых зон в реакционной среде 36. С учетом высоты «Н» реакционной среды 36, длины «L» реакционной зоны 28 и максимального диаметра «D» реакционной зоны 28, предпочтительно, чтобы большая часть (то есть >50% масс.) потока окислителя была введена в реакционную зону 28 в пределах приблизительно 0,025Н, 0,022L и/или 0,25D от нижнего конца 52 реакционной зоны 28. Более предпочтительно большую часть потока окислителя вводят в реакционную зону 28 в пределах приблизительно 0,02Н, 0,018L и/или 0,2D от нижнего конца 52 реакционной зоны 28. Наиболее предпочтительно большую часть потока окислителя вводят в реакционную зону 28 в пределах приблизительно 0,015Н, 0,013L и/или 0,15D от нижнего конца 52 реакционной зоны 28.As for FIG. 1 and 2, it was found that the location of the
В варианте осуществления изобретения, представленном на ФИГ.2, вертикальное расстояние «Y1» между нижним концом 52 реакционной зоны 28 и выходным отверстием верхних отверстий для окислителя 68 барботера окислителя 34 составляет менее чем приблизительно 0,25Н, 0,022L и/или 0,25D, так что по существу весь поток окислителя поступает в реакционную зону 28 в пределах приблизительно 0,25Н, 0,022L и/или 0,25D от нижнего конца 52 реакционной зоны 28. Более предпочтительно Y1 составляет менее чем 0,02Н, 0,018L и/или 0,2D. Наиболее предпочтительно Y1 составляет менее чем 0,015Н, 0,013L и/или 0,15D, но более чем 0,005Н, 0,004L и/или 0,06D. ФИГ. 2 иллюстрирует касательную линию 72 в местоположении, где нижний край основного цилиндрического корпуса 46 оболочки емкости 22 соединен с верхним краем эллиптической нижней головной части 48 оболочки емкости 22. С другой стороны, нижняя головная часть 48 может иметь любую конфигурацию, в том числе коническую, и касательная линия также будет определяться по нижнему краю основного цилиндрического корпуса 46. Вертикальное расстояние «Y2» между касательной линией 72 и верхом барботера окислителя 34 предпочтительно составляет, по меньшей мере, приблизительно 0,0012Н, 0,001L и/или 0,001D; более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 0,005Н, 0,004L и/или 0,05D и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 0,01Н, 0,008L и/или 0,1D. Вертикальное расстояние «Y3» между нижним концом 52 реакционной зоны 28 и выходным отверстием нижних отверстий для окислителя 70 барботера окислителя 34 предпочтительно составляет менее чем приблизительно 0,015Н, 0,013L и/или 0,15D; более предпочтительно менее чем приблизительно 0,012Н, 0,01L и/или 0,1D и наиболее предпочтительно менее чем приблизительно 0,01Н, 0,008L и/или 0,075D, но более чем 0,003Н, 0,002L и/или 0,025D.In the embodiment of FIG. 2, the vertical distance “Y 1 ” between the
Помимо преимуществ, обеспечиваемых за счет минимизации неаэрируемых зон (то есть зон с низким удерживанием газа) в реакционной среде 36, установлено, что окисление может быть улучшено за счет максимального повышения удерживания газа всей реакционной среды 36. Реакционная среда 36 предпочтительно имеет усредненное по времени и усредненное по объему удерживание газа, по меньшей мере, приблизительно 0,4, более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,6 до 0,9 и наиболее предпочтительно в интервале от 0,65 до 0,85. Некоторые физические и технологические характеристики реактора по типу барботажной колонны 20 вносят вклад в высокое удерживание газа, обсужденное выше. Например, в случае заданного размера реактора и скорости потока окислителя высокое отношение L:D реакционной зоны 28 дает меньший диаметр; это повышает приведенную скорость в реакционной среде 36, что, в свою очередь, повышает удерживание газа. Кроме того, фактический диаметр барботажной колонны и отношение L:D, как известно, оказывают влияние на среднее удерживание газа, даже в случае заданной постоянной приведенной скорости. Кроме того, минимизация неаэрируемых зон, особенно в нижней части реакционной зоны 28, вносит вклад в повышенное значение удерживания газа. Кроме того, головное давление и механическая конфигурация реактора по типу барботажной колонны могут оказывать воздействие на технологическую стабильность при высоких приведенных скоростях и значениях удерживания газа, раскрытых в настоящем изобретении.In addition to the advantages provided by minimizing non-aerated zones (i.e., zones with low gas retention) in the
Что касается ФИГ. 1, то установлено, что улучшенное распределение способного к окислению соединения (например, пара-ксилола) в реакционной среде 36 может быть обеспечено за счет введения жидкофазного потока сырья в реакционную зону 28 во множестве разделенных вертикальными промежутками местоположениях. Предпочтительно жидкофазный поток сырья вводят в реакционную зону 28, по меньшей мере, через 3 отверстия для сырья, более предпочтительно, по меньшей мере, через 4 отверстия для сырья. Как используется в данном случае, определение «отверстия для сырья» обозначают отверстия, где жидкофазный поток сырья выпускают в реакционную зону 28 для смешения с реакционной средой 36. Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, 2 отверстия для сырья были отделены друг от друга вертикальным промежутком, по меньшей мере, приблизительно на 0,5D, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно на 1,5D и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно на 3D. Однако предпочтительно, чтобы самое высокое отверстие для сырья было отделено от самого низкого отверстия для сырья вертикальным промежутком не более чем приблизительно 0,75Н, 0,65L и/или 8D; более предпочтительно не более чем приблизительно 0,5Н, 0,4L и/или 5D и наиболее предпочтительно не более чем приблизительно 0,4Н, 0,35L и/или 4D.As for FIG. 1, it has been found that an improved distribution of an oxidizable compound (e.g., para-xylene) in the
Хотя желательно вводить жидкофазный поток сырья во множестве вертикальных местоположениях, также установлено, что обеспечивается улучшенное распределение способного к окислению соединения в реакционной среде 36, если основная часть жидкофазного потока сырья вводится в нижнюю половину реакционной среды 36 и/или реакционной зоны 28. Предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 75% масс. жидкофазного потока сырья вводится в нижнюю половину реакционной среды 36 и/или реакционной зоны 28. Наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 90% масс. жидкофазного потока сырья вводится в нижнюю половину реакционной среды 36 и/или реакционной зоны 28. Кроме того, предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, приблизительно 30% масс. жидкофазного потока сырья было введено в реакционную зону 28 в пределах приблизительно 1,5D от самого низкого вертикального местоположения, где поток окислителя вводится в реакционную зону 28. Такое самое низкое вертикальное местоположение, где поток окислителя вводится в реакционную зону 28, как правило, находится внизу барботера окислителя; однако ряд альтернативных конфигураций для введения потока окислителя в реакционную зону 28 подразумевается предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 50% масс. жидкофазного сырья вводится в пределах приблизительно 2,5D от самого низкого вертикального местоположения, где поток окислителя вводится в реакционную зону 28. Предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 75% масс. жидкофазного сырья вводится в пределах приблизительно 5D от самого низкого вертикального местоположения, где поток окислителя вводится в реакционную зону 28.Although it is desirable to introduce a liquid phase feed stream in a plurality of vertical locations, it has also been found to provide an improved distribution of the oxidizable compound in the
Каждое отверстие для сырья определяет площадь пропускного сечения, через которую выпускается сырье. Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, приблизительно 30% общей площади пропускного сечения всех впускных отверстий для сырья было расположено в пределах приблизительно 1,5D от самого низкого вертикального местоположения, где поток окислителя вводится в реакционную зону 28. Предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 50% общей площади пропускного сечения всех впускных отверстий для сырья располагается в пределах приблизительно 2,5D от самого низкого вертикального местоположения, где поток окислителя вводится в реакционную зону 28. Предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 75% общей площади пропускного сечения всех впускных отверстий для сырья располагается в пределах приблизительно 5D от самого низкого вертикального местоположения, где поток окислителя вводится в реакционную зону 28.Each raw material hole defines a cross-sectional area through which the raw material is discharged. Preferably, at least about 30% of the total cross-sectional area of all feed inlets is located within about 1.5 D from the lowest vertical location where the oxidant stream is introduced into
Что касается ФИГ. 1, то в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения впускные отверстия для сырья 32а,b,c,d просто представляют собой ряд вертикально размещенных отверстий вдоль одной из стенок оболочки емкости 22. Такие отверстия для сырья имеют по существу одинаковые диаметры, которые составляют менее чем приблизительно 7 сантиметров, более предпочтительно находятся в интервале приблизительно от 0,25 до 5 см и наиболее предпочтительно в интервале от 0,4 до 2 см. Реактор по типу барботажной колонны 20 предпочтительно оборудован системой контроля расхода жидкофазного потока сырья из каждого отверстия для сырья. Такие системы контроля расхода предпочтительно включают индивидуальный дроссель 74а,b,c,d для каждого соответствующего впускного отверстия для сырья 32а,b,c,d. Кроме того, предпочтительно, чтобы реактор по типу барботажной колонны 20 был оборудован системой контроля расхода, которая дает возможность вводить, по меньшей мере, часть жидкофазного потока сырья в реакционную зону 28 при повышенной приведенной скорости ввода, которая составляет, по меньшей мере, приблизительно 2 метра в секунду, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 5 м/сек, еще более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 6 м/сек и наиболее предпочтительно находится в интервале приблизительно от 8 до 20 м/сек. Как используется в данном случае, определение «приведенная скорость ввода» означает усредненный по времени объемный расход потока сырья из отверстия для сырья, поделенный на площадь отверстия для сырья. Предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 50% масс. потока сырья вводится в реакционную зону 28 при повышенной приведенной скорости ввода. Наиболее предпочтительно по существу весь поток сырья вводят в реакционную зону 28 при повышенной приведенной скорости ввода.As for FIG. 1, in one embodiment of the present invention, the
На ФИГ. 6 и 7 показана альтернативная система введения жидкофазного потока сырья в реакционную зону 28. В этом варианте осуществления изобретения поток сырья вводят в реакционную зону 28 на четырех различных отметках высоты. Каждая отметка высоты оборудована соответствующей системой распределения сырья 76а,b,c,d. Каждая система распределения сырья 76 включает основной трубопровод для сырья 78 и коллектор 80. Каждый коллектор 80 снабжен, по меньшей мере, двумя выходными отверстиями 82, 84, соединенными с соответствующими вставными трубопроводами 86, 88, каждый из которых простирается в реакционную зону 28 оболочки емкости 22. Каждый вставной трубопровод 86, 88 предоставляет соответствующее отверстие для сырья 87, 89 для выпуска потока сырья в реакционную зону 28. Отверстия для сырья 87, 89 предпочтительно имеют по существу одинаковые диаметры менее чем приблизительно 7 см, более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,25 до 5 см и наиболее предпочтительно в интервале от 0,4 до 2 см. Предпочтительно, чтобы отверстия для сырья 87, 89 каждой системы распределения сырья 76а,b,c,d находились диаметрально напротив друг друга с тем, чтобы вводить поток сырья в реакционную зону 28 в противоположных направлениях. Кроме того, предпочтительно, чтобы расположенные диаметрально напротив друг друга отверстия для сырья 86, 88 соседних систем распределения сырья 76 были ориентированы на 90 градусов вращения относительного друг друга. При работе жидкофазный поток сырья запускается в основной трубопровод для сырья 78 и затем поступает в коллектор 80. Коллектор 80 распределяет поток сырья равномерно для одновременного введения на противоположных сторонах реактора 20 через отверстия для сырья 87, 89.In FIG. 6 and 7 show an alternative system for introducing a liquid phase feed stream into the
ФИГ. 8 иллюстрирует другую конфигурацию, где каждая система распределения сырья 76 оборудована байонетными трубками 90, 92, а не вставными трубопроводами 86, 88 (показанными на ФИГ. 7). Байонетные трубки 90, 92 простираются в реакционную зону 28 и имеют множество небольших отверстий для сырья 94, 96 для выпуска жидкофазного сырья в реакционную зону 28. Предпочтительно, чтобы небольшие отверстия для сырья 94, 96 байонетных трубок 90, 92 имели по существу одинаковый диаметр менее чем приблизительно 50 мм, более предпочтительно приблизительно от 2 до 25 мм и наиболее предпочтительно от 4 до 15 мм.FIG. 8 illustrates another configuration where each feed distribution system 76 is equipped with
ФИГ. 9-11 иллюстрируют альтернативную систему распределения сырья 100. Система распределения сырья 100 вводит жидкофазный поток сырья во множестве разделенных вертикальными промежутками и разделенных продольными промежутками местоположениях без необходимости многократных врезок в боковую стенку реактора по типу барботажной колонны 20. Система введения сырья 100 обычно включает один входной трубопровод 102, коллектор 104, множество установленных вертикально распределительных трубок 106, продольный опорный механизм 108 и вертикальный опорный механизм 110. Входной трубопровод 102 пронизывает боковую стенку основного корпуса 46 оболочки емкости 22. Входной трубопровод 102 подвижно соединен с коллектором 104. Коллектор 104 распределяет поток сырья, принятый из входного трубопровода 102, равномерно по установленным вертикально распределительным трубкам 106. Каждая распределительная трубка 106 имеет множество разделенных вертикальными промежутками отверстий для сырья 112а,b,c,d для выпуска потока сырья в реакционную зону 28. Продольный опорный механизм 108 соединен с каждой распределительной трубкой 106 и подавляет относительное продольное перемещение распределительных трубок 106. Вертикальный опорный механизм 110 предпочтительно соединен с продольным опорным механизмом 108 и с верхней частью барботера окислителя 34. Вертикальный опорный механизм 110 по существу подавляет вертикальное перемещение распределительных трубок 106 в реакционной зоне 28. Предпочтительно, чтобы отверстия для сырья 112 имели по существу одинаковые диаметры менее чем приблизительно 50 мм, более предпочтительно приблизительно от 2 до 25 мм и наиболее предпочтительно от 4 до 15 мм. Вертикальные промежутки для отверстий для сырья 112 системы распределения 110, показанной на ФИГ. 9-11, могут быть по существу такими же, как описано выше для системы распределения сырья на ФИГ. 1. Необязательно отверстия для сырья могут представлять собой вытянутые насадки, а не простые прорези. Необязательно одно или несколько устройств для отклонения потока могут находиться снаружи проточного трубопровода и на траектории движения жидкостей, выходящих из него в реакционную среду. Необязательно отверстие около нижней части проточного трубопровода может быть выбрано по размеру так, чтобы проводить очистку от твердых веществ внутри системы распределения жидкофазного сырья, или непрерывно или периодически. Необязательно механические устройства, такие как откидные узлы, обратные клапаны, регуляторы избытка потока, клапаны экономайзера и т.д., могут быть использованы или для предотвращения попадания твердых веществ во время эксплуатационных нарушений, или для выгрузки накопившихся твердых веществ из системы распределения жидкофазного сырья.FIG. 9-11 illustrate an alternative
Установлено, что схемы потоков реакционной среды во многих реакторах по типу барботажной колонны могут давать неравномерное азимутальное распределение способного к окислению соединения в реакционной среде, особенно когда способное к окислению соединение вводится преимущественно вдоль одной стороны реакционной среды. Используемое в данном случае определение «азимутальное» означает угол или промежуток около вертикальной оси удлинения реакционной зоны. Используемое в данном случае определение «вертикально» означает в пределах 45º от вертикали. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения поток сырья, содержащий способное к окислению соединение (например, пара-ксилол), вводят в реакционную зону через множество расположенных с азимутальными промежутками отверстий для сырья. Такие отверстия для сырья с азимутальными промежутками могут предупреждать появление областей с исключительно высокими или исключительно низкими концентрациями способного к окислению соединения в реакционной среде. Различные системы введения сырья, представленные на ФИГ. 6-11, являются примерами систем, которые обеспечивают подходящее азимутальное расположение отверстий для сырья.It has been found that flow patterns of the reaction medium in many reactors as bubble columns can produce an uneven azimuthal distribution of the oxidizable compound in the reaction medium, especially when the oxidizable compound is introduced predominantly along one side of the reaction medium. Used in this case, the definition of "azimuthal" means the angle or gap about the vertical axis of the elongation of the reaction zone. Used in this case, the definition of "vertical" means within 45º from the vertical. In one embodiment of the present invention, a feed stream containing an oxidizable compound (e.g., para-xylene) is introduced into the reaction zone through a plurality of azimuthally spaced feed holes. Such raw material openings with azimuthal gaps can prevent regions with extremely high or extremely low concentrations of oxidizable compounds in the reaction medium. Various systems for introducing raw materials shown in FIG. 6-11 are examples of systems that provide a suitable azimuthal arrangement of holes for raw materials.
Что касается ФИГ. 7, то для того, чтобы количественно оценить азимутально распределенное введение жидкофазного потока сырья в реакционную среду, реакционную среду можно теоретически распределить на четыре вертикальных азимутальных квадранта «Q1, Q2, Q3, Q4» приблизительно одинакового объема. Такие азимутальные квадранты «Q1, Q2, Q3, Q4» определяются парой воображаемых пересекающихся перпендикулярных вертикальных плоскостей «Р1, Р2», проходящих выше максимального вертикального размера и максимального радиального размера реакционной среды. Когда реакционная среда находится в цилиндрической емкости, линия пересечения воображаемых пересекающихся вертикальных плоскостей Р1, Р2 будет приблизительно совпадать с вертикальной центральной линией цилиндра, и каждый из азимутальных квадрантов Q1, Q2, Q3, Q4 будет, как правило, представлять собой клиновидный вертикальный объем, имеющий высоту, равную высоте реакционной среды. Предпочтительно, чтобы значительная часть способного к окислению соединения выпускалась в реакционную среду через отверстия для сырья, расположенные, по меньшей мере, в двух различных азимутальных квадрантах.As for FIG. 7, in order to quantify the azimuthally distributed introduction of the liquid-phase feed stream into the reaction medium, the reaction medium can theoretically be distributed into four vertical azimuthal quadrants "Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 " of approximately the same volume. Such azimuthal quadrants “Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 ” are defined by a pair of imaginary intersecting perpendicular vertical planes “P 1 , P 2 ” extending above the maximum vertical size and maximum radial size of the reaction medium. When the reaction medium is in a cylindrical vessel, the line of intersection of the imaginary intersecting vertical planes P 1 , P 2 will approximately coincide with the vertical center line of the cylinder, and each of the azimuthal quadrants Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 will typically represent a wedge-shaped vertical volume having a height equal to the height of the reaction medium. Preferably, a significant portion of the oxidizable compound is discharged into the reaction medium through feed openings located in at least two different azimuthal quadrants.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения не более чем приблизительно 80% масс. способного к окислению соединения выпускается в реакционную среду через отверстия для сырья, которые могут быть расположены в одном азимутальном квадранте. Более предпочтительно не более чем 60% масс. способного к окислению соединения выпускается в реакционную среду через отверстия для сырья, которые могут быть расположены в одном азимутальном квадранте. Наиболее предпочтительно не более чем 40% масс. способного к окислению соединения выпускается в реакционную среду через отверстия для сырья, которые могут быть расположены в одном азимутальном квадранте. Такие параметры азимутального распределения способного к окислению соединения измеряют, когда азимутальные квадранты азимутально ориентированы так, что максимально возможное количество способного к окислению соединения выпускается в один из азимутальных квадрантов. Например, если весь поток сырья выпускается в реакционную среду через два отверстия для сырья, которые азимутально отделены друг от друга на 89 градусов, в целях определения азимутального распределения в четырех азимутальных квадрантах 100% масс. потока сырья выпускают в реакционную среду в одном азимутальном квадранте, так как азимутальные квадранты могут быть азимутально ориентированы таким образом, что оба отверстия для сырья располагаются в одном азимутальном квадранте.In a preferred embodiment of the invention, not more than approximately 80% of the mass. capable of oxidation of the compound is discharged into the reaction medium through openings for raw materials, which can be located in one azimuthal quadrant. More preferably not more than 60% of the mass. capable of oxidation of the compound is discharged into the reaction medium through openings for raw materials, which can be located in one azimuthal quadrant. Most preferably not more than 40% of the mass. capable of oxidation of the compound is discharged into the reaction medium through openings for raw materials, which can be located in one azimuthal quadrant. Such azimuthal distribution parameters of the oxidizable compound are measured when the azimuthal quadrants are azimuthally oriented such that the maximum possible amount of the oxidizable compound is released into one of the azimuthal quadrants. For example, if the entire feed stream is discharged into the reaction medium through two feed holes that are 89 degrees azimuthally separated from each other, in order to determine the azimuthal distribution of 100% of the mass in four azimuthal quadrants. the feed stream is released into the reaction medium in one azimuthal quadrant, since the azimuthal quadrants can be azimuthally oriented so that both feed holes are located in the same azimuthal quadrant.
Помимо преимуществ, связанных с соответствующим азимутальным расположением отверстий для сырья, также установлено, что может иметь значение соответствующее радиальное расположение отверстий для сырья в реакторе по типу барботажной колонны. Предпочтительно, чтобы значительная часть способного к окислению соединения, введенного в реакционную среду, выпускалась через отверстия для сырья, которые отделены радиальными промежутками по направлению внутрь от боковой стенки емкости. Следовательно, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения значительная часть способного к окислению соединения входит в реакционную зону через отверстия для сырья, расположенные в «предпочтительной радиальной зоне сырья», которая отделена промежутком по направлению внутрь от вертикальных боковых стенок, определяющих реакционную зону.In addition to the advantages associated with the corresponding azimuthal arrangement of the raw material openings, it has also been found that the corresponding radial arrangement of the raw material openings in the reactor as a bubble column can be of importance. Preferably, a substantial portion of the oxidizable compound introduced into the reaction medium is discharged through the feed openings, which are separated by radial gaps inward from the side wall of the vessel. Therefore, in one embodiment of the present invention, a significant portion of the oxidizable compound enters the reaction zone through feed holes located in the “preferred radial feed zone”, which is separated by a gap inward from the vertical side walls defining the reaction zone.
Что касается ФИГ. 7, то предпочтительная радиальная зона сырья «FZ» может иметь форму теоретического вертикального цилиндра, центрированного в реакционной зоне 28 и имеющего внешний диаметр «Dо», равный 0,9D, где «D» представляет собой диаметр реакционной зоны 28. Следовательно, внешнее кольцевое пространство «ОА», имеющее толщину 0,05D, определяет границу между предпочтительной радиальной зоной сырья FZ и внутренней стороной боковой стенки, определяющей реакционную зону 28. Предпочтительно, чтобы незначительное количество способного к окислению соединения вводилось в реакционную зону 28 через отверстия для сырья, расположенные в таком внешнем кольцевом пространстве ОА, или не вводилось вообще.As for FIG. 7, the preferred radial zone of the feedstock “FZ” may be in the form of a theoretical vertical cylinder centered in the
В другом варианте осуществления изобретения предпочтительно, чтобы незначительное количество способного к окислению соединения вводилось в центр реакционной зоны 28 или не вводилось вообще. Следовательно, как показано на ФИГ. 8, предпочтительная радиальная зона FZ может иметь форму теоретического вертикального кольцевого пространства, центрированного в реакционной зоне, которое имеет внешний диаметр DO, равный 0,9D, и имеет внутренний диаметр D1, равный 0,2D. Таким образом, в этом варианте изобретения внутренний цилиндр IC, имеющий диаметр 0,2D, «вырезан из» центра предпочтительной радиальной зоны сырья FZ. Предпочтительно, чтобы незначительное количество способного к окислению соединения вводилось в реакционную зону 28 через отверстия для сырья, расположенные в таком внутреннем цилиндре IC, или не вводилось вообще.In another embodiment, it is preferred that a small amount of the oxidizable compound is introduced into the center of the
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения значительная часть способного к окислению соединения вводится в реакционную среду 36 через отверстия для сырья, расположенные в предпочтительной радиальной зоне сырья, независимо от того, имеет ли предпочтительная радиальная зона сырья цилиндрическую или кольцевую форму, описанную выше. Более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 25% масс. способного к окислению соединения выпускается в реакционную среду 36 через отверстия для сырья, расположенные в предпочтительной радиальной зоне сырья. Еще более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 50% масс. способного к окислению соединения выпускается в реакционную среду 36 через отверстия для сырья, расположенные в предпочтительной радиальной зоне сырья. Наиболее предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 75% масс. способного к окислению соединения выпускается в реакционную среду 36 через отверстия для сырья, расположенные в предпочтительной радиальной зоне сырья.In a preferred embodiment of the present invention, a significant portion of the oxidizable compound is introduced into the
Хотя теоретические азимутальные квадранты и теоретическая предпочтительная зона сырья, показанные на ФИГ. 7 и 8, описаны со ссылкой на распределение жидкофазного потока сырья, также установлено, что соответствующее азимутальное и радиальное распределение газофазного потока окислителя также может создавать некоторые преимущества. Следовательно, в одном из вариантов настоящего изобретения описание азимутального и радиального распределения жидкофазного потока сырья, представленное выше, также применимо к модели, по которой газофазный поток окислителя вводят в реакционную зону 36.Although the theoretical azimuthal quadrants and the theoretical preferred feed zone shown in FIG. 7 and 8 are described with reference to the distribution of the liquid-phase feed stream, it is also found that the corresponding azimuthal and radial distribution of the gas-phase flow of the oxidizing agent can also create some advantages. Therefore, in one embodiment of the present invention, the description of the azimuthal and radial distribution of the liquid-phase feed stream presented above is also applicable to the model in which a gas-phase oxidizer stream is introduced into the
На ФИГ. 12 и 13 показан альтернативный реактор по типу барботажной колонны 200, имеющий конфигурацию «реактор в реакторе». Реактор по типу барботажной колонны 200 включает внешний реактор 202 и внутренний реактор 204, причем внутренний реактор 204, по меньшей мере, частично расположен во внешнем реакторе 202. В предпочтительном варианте осуществления как внешний реактор, так и внутренний реактор 202 и 204 представляют собой реакторы по типу барботажной колонны. Предпочтительно внешний реактор 202 включает внешнюю реакционную емкость 206 и внешний барботер окислителя 208, тогда как внутренний реактор 204 включает внутреннюю реакционную емкость 210 и внутренний барботер окислителя 212.In FIG. 12 and 13 show an alternative
Хотя ФИГ. 12 и 13 показывают внутреннюю реакционную емкость 210 как полностью расположенную во внешней реакционной емкости 206, допустимо, чтобы внутренняя реакционная емкость 210 только частично была расположена во внешней реакционной емкости 206. Однако предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, приблизительно 50, 90, 95 или 100% высоты внутренней реакционной емкости 210 было расположено во внешней реакционной емкости 206. Более того, предпочтительно, чтобы часть каждой реакционной емкости была поднята выше части другой реакционной емкости, по меньшей мере, приблизительно на 0,01, 0,2, 1 или 2 максимальных диаметра внешней реакционной емкости.Although FIG. 12 and 13 show the
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения каждая внешняя и внутренняя реакционные емкости 206 и 210 включают соответствующую расположенную вертикально боковую стенку, имеющую обычно конфигурацию цилиндра. Предпочтительно, расположенные вертикально боковые стенки внешней и внутренней реакционных емкостей 206 и 210 по существу являются концентрическими и определяют кольцевое пространство между ними. Внутренняя реакционная емкость 210 поддерживается вертикально к внешней реакционной емкости 206, предпочтительно главным образом с помощью вертикальных опор между нижними частями соответствующих емкостей. Кроме того, внутренняя реакционная емкость 210 может поддерживаться внешней реакционной емкостью 206 с помощью множества продольных опорных элементов 214, простирающихся между расположенной вертикально боковой стенкой внешней и внутренней реакционных емкостей 206 и 210. Предпочтительно такие продольные опорные элементы 214 имеют незагрязняющуюся конфигурацию с минимальной обращенной вверх плоской поверхностью, как описано ранее.In a preferred embodiment of the present invention, each of the outer and
Хотя предпочтительно, чтобы расположенная вертикально боковая стенка внутренней реакционной емкости 210 была по существу цилиндрической, допустимо, чтобы некоторые части расположенной вертикально боковой стенки внутренней реакционной емкости 210 образовывали вогнутую поверхность относительно примыкающей части второй реакционной зоны 218. Предпочтительно любая часть расположенной вертикально боковой стенки внутренней реакционной емкости 210, которая вогнута относительно примыкающей части второй реакционной зоны 218, составляла менее чем приблизительно 25, 10, 5 или 0,1% от общей площади поверхности расположенной вертикально боковой стенки внутренней реакционной емкости 210. Предпочтительно отношение максимальной высоты вертикальной боковой стенки внутренней реакционной емкости 210 к максимальной высоте вертикальной боковой стенки внешней реакционной емкости 206 находится в интервале приблизительно от 0,1:1 до 0,9:1, более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,2:1 до 0,8:1 и наиболее предпочтительно в интервале приблизительно от 0,3:1 до 0,7:1.Although it is preferred that the vertically positioned side wall of the
Внешняя реакционная емкость 206 определяет здесь первую реакционную зону 216, тогда как внутренняя реакционная емкость 210 определяет здесь вторую реакционную зону 218. Предпочтительно внешняя и внутренняя реакционные емкости 206 и 210 расположены в линию вертикально так, чтобы объемный центр тяжести второй реакционной зоны 218 был горизонтально смещен от объемного центра тяжести первой реакционной зоны 216, по меньшей мере, приблизительно на 0,4, 0,2, 0,1 или 0,01 части от максимального горизонтального диаметра первой реакционной зоны 216. Предпочтительно отношение площадей максимального горизонтального поперечного сечения первой реакционной зоны 216 и второй реакционной зоны 218 находится в интервале приблизительно от 0,01:1 до 0,75:1, более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,03:1 до 0,5:1 и наиболее предпочтительно в интервале от 0,05:1 до 0,3:1. Предпочтительно отношение площади горизонтального поперечного сечения второй реакционной зоны 218 к площади горизонтального поперечного сечения кольцевого пространства, очерченного между внешней и внутренней реакционными емкостями 206 и 210, составляет, по меньшей мере, приблизительно 0,2:1, более предпочтительно находится в интервале приблизительно от 0,05:1 до 2:1 и наиболее предпочтительно в интервале приблизительно от 0,1:1 до 1:1, где площадь поперечного сечения измеряют на ¼ высоты, ½ высоты и/или ¾ высоты второй реакционной зоны 218. Предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 50, 70, 90 или 100% объема второй реакционной зоны 218 расположено во внешней реакционной емкости 206. Предпочтительно отношение объема первой реакционной зоны 216 к объему второй реакционной зоны 218 находится в интервале приблизительно от 1:1 до 100:1, более предпочтительно в интервале приблизительно от 4:1 до 50:1 и наиболее предпочтительно в интервале от 8:1 до 30:1. Предпочтительно первая реакционная зона 216 имеет отношение максимальной вертикальной высоты к максимальному горизонтальному диаметру в интервале приблизительно от 3:1 до 30:1, более предпочтительно приблизительно от 6:1 до 20:1 и наиболее предпочтительно в интервале от 9:1 до 15:1. Предпочтительно вторая реакционная зона 218 имеет отношение максимальной вертикальной высоты к максимальному горизонтальному диаметру в интервале приблизительно от 0,3:1 до 100:1, более предпочтительно в интервале приблизительно от 1:1 до 50:1 и наиболее предпочтительно в интервале от 3:1 до 30:1. Предпочтительно максимальный горизонтальный диаметр второй реакционной зоны 218 находится в интервале приблизительно от 0,1 до 5 метров, более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,3 до 4 м и наиболее предпочтительно в интервале от 1 до 3 м. Предпочтительно максимальная вертикальная высота второй реакционной зоны 218 находится в интервале приблизительно от 1 до 100 м, более предпочтительно в интервале приблизительно от 3 до 50 м и наиболее предпочтительно в интервале от 10 до 30 м. Предпочтительно отношение максимального горизонтального диаметра второй реакционной зоны 218 к максимальному горизонтальному диаметру первой реакционной зоны 216 находится в интервале приблизительно от 0,05:1 до 0,8:1, более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,1:1 до 0,6:1 и наиболее предпочтительно в интервале от 0,2:1 до 0,5:1. Предпочтительно отношение максимальной вертикальной высоты второй реакционной зоны 218 к максимальной вертикальной высоте первой реакционной зоны 216 находится в интервале приблизительно от 0,03:1 до 1:1, более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,1:1 до 0,9:1 и наиболее предпочтительно в интервале от 0,3:1 до 0,8:1. Любые параметры (например, высота, ширина, площадь, объем, относительное горизонтальное размещение и относительное вертикальное размещение), определенные здесь для внешней реакционной емкости 206 и составных частей, также считаются применимыми к первой реакционной зоне 216, определяемой внешней реакционной емкостью 206, и наоборот. Кроме того, любые параметры, определенные здесь для внутренней реакционной емкости 210 и составных частей, также считаются применимыми ко второй реакционной зоне 218, определяемой внутренней реакционной емкостью 210, и наоборот.The
Во время работы реактора по типу барботажной колонны 200 многофазная реакционная среда 220 вначале подвергается окислению в первой реакционной зоне 216, а затем подвергается окислению во второй реакционной зоне 218. Следовательно, при нормальной работе первая часть реакционной среды 220а располагается в первой реакционной зоне 216, тогда как вторая часть реакционной среды 220b располагается во второй реакционной зоне 218. После обработки во второй реакционной зоне 218 суспензионную фазу (то есть жидкую и твердую фазы) реакционной среды 220b выводят из второй реакционной зоны 218 и выгружают из реактора по типу барботажной колонны 200 через выпускное отверстие для суспензии 222 для последующей переработки ниже по технологическому потоку.When the reactor is operated as a
Внутренний реактор 204 предпочтительно имеет, по меньшей мере, одно внутреннее отверстие для газа, которое позволяет впускать дополнительный молекулярный кислород во вторую реакционную зону 218. Предпочтительно множество внутренних отверстий для газа определено внутренним барботером окислителя 212. Описания для барботера окислителя 34 на ФИГ. 1-5 также применимы к внутреннему барботеру окислителя 212 с точки зрения размеров и конфигураций трубопровода, размера и конфигурации отверстий, рабочего перепада давлений и жидкостных промывок. Заметным отличием является то, что предпочтительно располагать барботер окислителя 212 относительно выше, чтобы использовать нижнюю часть внутренней реакционной емкости 210 в виде зоны деаэрации. Например, варианты осуществления, описанные в настоящем изобретении для окисления пара-ксилола с образованием ТФК (ТРА), обеспечивают значительно пониженные пространственно-временные скорости реакции около нижней части второй реакционной зоны 218, и это ослабляет влияние деаэрации на образование примесей. Внутренняя реакционная емкость 210 имеет максимальную высоту «Hi». Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, приблизительно 50, 75, 95 или 100% общей площади пропускного сечения, определенной всеми внутренними отверстиями для газа, находилось на расстоянии, по меньшей мере, 0,05Hi, 0,1Hi или 0,25Hi от верха внутренней реакционной емкости 210. Также предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, приблизительно 50, 75, 95 или 100% общей площади пропускного сечения, определенной всеми внутренними отверстиями для газа, находилось на расстоянии, по меньшей мере, приблизительно 0,5Hi, 0,25Hi или 0,1Hi выше днища внутренней реакционной емкости 210. Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, приблизительно 50, 75, 95 или 100% общей площади пропускного сечения, определенной всеми внутренними отверстиями для газа, находилось на расстоянии, по меньшей мере, 1, 5 или 10 м от верха внутренней реакционной емкости 210 и на расстоянии, по меньшей мере, приблизительно на 0,5, 1 или 2 м от днища внутренней реакционной емкости 210. Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, приблизительно 50, 75, 95 или 100% общей площади пропускного сечения, определенной всеми внутренними отверстиями для газа, соединялось непосредственно со второй реакционной зоной 218 и не соединялось непосредственно с первой реакционной зоной 216. Как используется в данном случае, определение «площадь пропускного сечения» означает минимальную площадь поверхности (плоскую или неплоскую), которая будет закрывать отверстие.The
В общем случае модель, по которой потоки сырья, окислителя и флегмы вводят во внешний реактор 202, и модель, по которой работает внешний реактор 202, по существу являются такими же, что описаны выше для реактора по типу барботажной колонны 20 на ФИГ. 1-11. Однако одно различие между внешним реактором 202 (ФИГ. 12 и 13) и реактором по типу барботажной колонны 20 (ФИГ. 1-11) состоит в том, что внешний реактор 202 не включает выпускное отверстие, которое позволяет суспензионную фазу реакционной среды 220а непосредственно выпускать из внешней реакционной емкости 206 для переработки вниз по технологическому потоку. Точнее, реактор по типу барботажной колонны 200 требует, чтобы суспензионная фаза реакционной среды 220а перед выгрузкой из реактора по типу барботажной колонны 200 вначале проходила через внутренний реактор 204. Как упоминалось выше, во второй реакционной зоне 218 внутреннего реактора 204 реакционная среда 220b подвергается дополнительному окислению, чтобы способствовать очистке жидкой и/или твердой фаз реакционной среды 220b.In the General case, the model by which the flows of raw materials, oxidizing agent and reflux are introduced into the
В способе, где пара-ксилол подают в реакционную зону 216, жидкая фаза реакционной среды 220а, которая выходит из первой реакционной зоны 216 и входит во вторую реакционную зону 218, как правило, содержит, по меньшей мере, некоторое количество пара-толуиловой кислоты. Предпочтительно, чтобы значительная часть пара-толуиловой кислоты, поступающей во вторую реакционную зону, была окислена во второй реакционной зоне 218. Следовательно, предпочтительно, чтобы усредненная по времени концентрация пара-толуиловой кислоты в жидкой фазе реакционной среды 220b, выходящей из второй реакционной зоны 218, была меньше чем усредненная по времени концентрация пара-толуиловой кислоты в жидкой фазе реакционной среды 220а/b, входящей во вторую реакционную зону 218. Предпочтительно, чтобы усредненная по времени концентрация пара-толуиловой кислоты в жидкой фазе реакционной среды 220b, выходящей из второй реакционной зоны 218, составляла менее чем приблизительно 50, 10 или 5% от усредненной по времени концентрации пара-толуиловой кислоты в жидкой фазе реакционной среды 220а/b, входящей во вторую реакционную зону 218. Предпочтительно усредненная по времени концентрация пара-толуиловой кислоты в жидкой фазе реакционной среды 220а/b, входящей во вторую реакционную зону 218, составляет, по меньшей мере, приблизительно 250 масс. ч./млн, более предпочтительно находится в интервале приблизительно от 500 до 6000 масс. ч./млн и наиболее предпочтительно в интервале от 1000 до 4000 масс. ч./млн. Предпочтительно усредненная по времени концентрация пара-толуиловой кислоты в жидкой фазе реакционной среды 220b, выходящей из второй реакционной зоны 218, составляет менее чем приблизительно 1000, 250 или 50 масс. ч./млн.In a method where para-xylene is introduced into reaction zone 216, the liquid phase of
Внутренняя реакционная емкость 210 оборудована, по меньшей мере, одним прямым отверстием, которое позволяет реакционной среде 220а/b проходить непосредственно между реакционной зоной 216 и второй реакционной зоной 218. Предпочтительно, чтобы по существу все прямые отверстия во внутренней реакционной емкости 210 были расположены около верха внутренней реакционной емкости 210. Предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 50, 75, 90 или 100% общей площади пропускного сечения, определенного всеми прямыми отверстиями, находится на расстоянии менее чем приблизительно 0,5Нi, 0,25Нi или 0,1Нi от верха внутренней реакционной емкости 210. Предпочтительно менее чем приблизительно 50, 25, 10 или 1% общей площади пропускного сечения, определенного всеми прямыми отверстиями во внутренней реакционной емкости 210, находится на расстоянии более чем приблизительно 0,5Нi, 0,25Нi или 0,1Нi от верха внутренней реакционной емкости 210. Наиболее предпочтительно прямое отверстие, определенное внутренней реакционной емкостью 210, является единственным верхним отверстием 224, расположенным на самом верхнем конце внутренней реакционной емкости 210. Отношение площади пропускного сечения верхнего отверстия 224 к площади максимального горизонтального поперечного сечения второй реакционной зоны 218 предпочтительно составляет, по меньшей мере, 0,1:1, 0,2:1 или 0,5:1.The
При нормальной работе реактора по типу барботажной колонны 200 реакционная среда 220 проходит из первой реакционной зоны 216, через прямое(ые) отверстие(ия) (например, верхнее отверстие 224) во внутреннюю реакционную емкость 210 и во вторую реакционную зону 218. Во второй реакционной зоне 218 суспензионная фаза реакционной среды 220b перемещается обычно в направлении вниз через вторую реакционную зону 218, тогда как газовая фаза реакционной среды 220b перемещается обычно по направлению вверх. Предпочтительно внутренняя реакционная емкость 210 определяет, по меньшей мере, одно выгружающее отверстие, которое позволяет суспензионной фазе выходить из второй реакционной зоны 218. Суспензионная фаза, выходящая из выгружающего отверстия внутренней реакционной емкости 210, затем выходит из реактора по типу барботажной колонны 200 через выпускное отверстие для суспензии 222. Предпочтительно выгружающее отверстие располагается на днище внутренней реакционной емкости 210 или рядом с ним. Предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 50, 75, 90 или 100% общей площади пропускного сечения, определенного всеми выгружающими отверстиями во внутренней реакционной емкости 210, располагается в пределах приблизительно 0,5Нi, 0,25Нi или 0,1Нi, от днища внутренней реакционной емкости 210.During normal operation of the reactor as a
Так как реакционная среда 220b подвергается обработке во второй реакционной зоне 218 внутреннего реактора 204, предпочтительно понижать удерживание газа реакционной среды 220b, пока суспензионная фаза реакционной среды 220b протекает по направлению вниз через вторую реакционную зону 218. Предпочтительно отношение усредненного по времени удерживания газа реакционной среды 220а/b, поступающей во вторую реакционную зону 218, к удерживанию газа реакционной среды 220b, выходящей из второй реакционной зоны 218, составляет, по меньшей мере, приблизительно 2:1, 10:1 или 25:1. Предпочтительно усредненное по времени удерживание газа реакционной среды 220а/b, выходящей из второй реакционной зоны 218, находится в интервале приблизительно от 0,4 до 0,9, более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,5 до 0,8 и наиболее предпочтительно в интервале от 0,55 до 0,7. Предпочтительно усредненное по времени удерживание газа реакционной среды 220b, выходящей из второй реакционной зоны 218, составляет менее чем приблизительно 0,1, 0,05 или 0,02. Предпочтительно отношение усредненного по времени удерживания газа реакционной среды 220а в первой реакционной зоне 216 к удерживанию газа реакционной среды 220b во второй реакционной зоне 218 составляет больше чем приблизительно 1:1, более предпочтительно находится в интервале приблизительно от 1,25:1 до 5:1 и наиболее предпочтительно в интервале от 1,5:1 до 4:1, где величина удерживания газа измерена на любой высоте первой и второй реакционных зон 216 и 218, на любых соответствующих высотах первой и второй реакционных зон 216 и 218, на ¼ высоты первой и/или второй реакционных зон 216 и 218, на ½ высоты первой и/или второй реакционных зон 216 и 218, на ¾ высоты первой и/или второй реакционных зон 216 и 218, и/или представляет собой среднее значение по всем высотам первой и/или второй реакционных зон 216 и 218. Предпочтительно усредненное по времени удерживание газа части реакционной среды 220а в первой реакционной зоне 216 находится в интервале приблизительно от 0,4 до 0,9, более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,5 до 0,8 и наиболее предпочтительно в интервале от 0,55 до 0,70, где удерживание газа измерено на любой высоте первой реакционной зоны 216, на ¼ высоты первой реакционной зоны 216, на ½ высоты первой реакционной зоны 216, на ¾ высоты первой реакционной зоны 216, и/или представляет собой среднее по всей высоте первой реакционной зоны 216. Предпочтительно усредненное по времени удерживание газа части реакционной среды 220b во второй реакционной зоне 218 находится в интервале приблизительно от 0,01 до 0,6, более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,03 до 0,3 и наиболее предпочтительно в интервале от 0,08 до 0,2, где удерживание газа измерено на любой высоте второй реакционной зоны 218, на ¼ высоты второй реакционной зоны 218, на ½ высоты второй реакционной зоны 218, на ¾ высоты второй реакционной зоны 218, и/или представляет собой среднее по всей высоте второй реакционной зоны 218.Since the reaction medium 220b is processed in the
Температура реакционной среды 220 предпочтительно приблизительно равна температуре в первой и во второй реакционных зонах 216 и 218. Предпочтительно такая температура находится в интервале приблизительно от 125 до 200ºС, более предпочтительно в интервале приблизительно от 140 до 180ºС и наиболее предпочтительно в интервале от 150 до 170ºС. Однако возникают разницы температур в пределах первой реакционной зоны 216, которая является такой же, которая описана со ссылкой на ФИГ. 28. Предпочтительно разницы температур такого же порядка также существуют в пределах второй реакционной зоны 218, а также между первой реакционной зоной 216 и второй реакционной зоной 218. Такие дополнительные температурные градиенты связаны с химической реакцией, протекающей во второй реакционной зоне 218, с введением дополнительного окислителя во вторую реакционную зону 218 и статическими давлениями, существующими во второй реакционной зоне 218, по сравнению с давлениями в первой реакционной зоне 216. Как описывалось выше, удерживание пузырьков предпочтительно выше в первой реакционной зоне 216, чем во второй реакционной зоне 218. Следовательно, на отметках высоты ниже верхнего отверстия 224 статическое давление в реакционной зоне 216 больше, чем во второй реакционной зоне 218. Величина такой разницы давлений зависит от величины плотности жидкости или суспензии и от разницы в удерживании пузырьков между двумя реакционными зонами. Величина этой разницы давлений растет на отметках высоты еще ниже верхнего отверстия 224.The temperature of the reaction medium 220 is preferably approximately equal to the temperature in the first and
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения часть способного к окислению соединения (например, пара-ксилола), подаваемого в реактор по типу барботажной колонны 200, вводится непосредственно во вторую реакционную зону 218 внутреннего реактора 204. Однако предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 90, 95, 99 или 100% мол. всего способного к окислению соединения, поданного в реактор по типу барботажной колонны 200, вводить в первую реакционную зону 216 (а не во вторую реакционную зону 218). Предпочтительно мольное отношение количества способного к окислению соединения, введенного в первую реакционную зону 216, к количеству способного к окислению соединения, введенного во вторую реакционную зону 218, составляет, по меньшей мере, 2:1, 4:1 или 8:1.In one embodiment of the present invention, part of the oxidizable compound (e.g., para-xylene) fed to the reactor as a
Хотя ФИГ. 12 и 13 показывают конфигурацию, когда часть всего молекулярного кислорода, подаваемого в реактор по типу барботажной колонны 200, вводится во вторую реакционную зону 218 внутреннего реактора 204 через внутренний барботер окислителя 212, предпочтительно, чтобы основная часть всего молекулярного кислорода, подаваемого в реактор по типу барботажной колонны 200, вводилась в первую реакционную зону 216, причем остальное количество вводится во вторую реакционную зону 218. Предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 70, 90, 95 или 98% мол. всего молекулярного кислорода, подаваемого в реактор по типу барботажной колонны 200, вводится в первую реакционную зону 216. Предпочтительно мольное отношение количества молекулярного кислорода, введенного в первую реакционную зону 216, к количеству молекулярного кислорода, введенного во вторую реакционную зону 218, составляет, по меньшей мере, приблизительно 2:1, более предпочтительно находится в интервале приблизительно от 4:1 до 200:1, наиболее предпочтительно в интервале от 10:1 до 100:1. Хотя возможно, чтобы некоторое количество растворителя и/или способного к окислению соединения (например, пара-ксилола) было подано непосредственно во вторую реакционную зону 218, предпочтительно, чтобы менее чем приблизительно 10, 5 или 1% масс. всего количества растворителя и/или способного к окислению соединения, подаваемого в реактор по типу барботажной колонны 200, было подано непосредственно во вторую реакционную зону 218.Although FIG. 12 and 13 show the configuration when a portion of the total molecular oxygen supplied to the
Объем, время пребывания и объемная скорость среды 220а в первой реакционной зоне 216 внешней реакционной емкости 206 предпочтительно значительно выше объема, времени пребывания и объемной скорости реакционной среды 220b во второй реакционной зоне 218 внутренней реакционной емкости 210. Следовательно, основная часть способного к окислению соединения (например, пара-ксилола), подаваемого в реактор по типу барботажной колонны 200, предпочтительно окисляется в первой реакционной зоне 216. Предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 80, 90 или 95% масс. всего способного к окислению соединения, которое окисляется в реакторе по типу барботажной колонны 200, окисляется в первой реакционной зоне 216. Предпочтительно, чтобы усредненная по времени приведенная скорость газа реакционной среды 220а в первой реакционной зоне 216 составляла, по меньшей мере, приблизительно 0,2, 0,4, 0,8 или 1 метр в секунду, где приведенная скорость газа измерена на любой высоте первой реакционной зоны 216, на ¼ высоты первой реакционной зоны 216, на ½ высоты первой реакционной зоны 216, на ¾ высоты первой реакционной зоны 216, и/или представляет собой среднее по всей высоте первой реакционной зоны 216.The volume, residence time and space velocity of the medium 220a in the first reaction zone 216 of the
Хотя реакционная среда 220b во второй реакционной зоне 218 может иметь такую же приведенную скорость газа, что и реакционная среда 220а в первой реакционной зоне 216, предпочтительно, чтобы усредненная по времени приведенная скорость газа реакционной среды 220b во второй реакционной зоне 218 была меньше усредненной по времени и усредненной по объему приведенной скорости газа реакционной среды 220b во второй реакционной зоне 218. Эта пониженная приведенная скорость газа во второй реакционной зоне 218 делается возможной, например, за счет пониженного потребления молекулярного кислорода во второй реакционной зоне 218 по сравнению с первой реакционной зоной 216. Предпочтительно отношение усредненной по времени приведенной скорости реакционной среды 220а в первой реакционной зоне 216 к усредненной по времени приведенной скорости реакционной среды 220b во второй реакционной зоне 218 составляет, по меньшей мере, приблизительно 1,25:1, 2:1 или 5:1, где приведенные скорости газа измерены на любой высоте первой и второй реакционных зон 216 и 218, на любых соответствующих высотах первой и второй реакционных зон 216 и 218, на ¼ высоты первой и/или второй реакционных зон 216 и 218, на ½ высоты первой и/или второй реакционных зон 216 и 218, на ¾ высоты первой и/или второй реакционных зон 216 и 218, и/или представляет собой среднее значение по всем высотам первой и/или второй реакционных зон 216 и 218. Предпочтительно усредненная по времени и усредненная по объему приведенная скорость газа реакционной среды 220b во второй реакционной зоне 218 составляет менее чем приблизительно 0,2, 0,1 или 0,06 метра в сек, где приведенная скорость газа измерена на любой высоте второй реакционной зоны 218, на ¼ высоты второй реакционной зоны 218, на ½ высоты второй реакционной зоны 218, на ¾ высоты второй реакционной зоны 218, и/или представляет собой среднее по всей высоте второй реакционной зоны 218. С такими низкими приведенными скоростями газа может быть получен нисходящий поток суспензионной фазы реакционной среды 220b во второй реакционной зоне 218, чтобы направленно перейти к поршневому режиму двухфазного потока. Например, во время окисления пара-ксилола до ТФК относительные вертикальные градиенты концентрации в жидкой фазе пара-толуиловой кислоты могут быть намного больше во второй реакционной зоне 218, чем в первой реакционной зоне 216. И это несмотря на то, что вторая реакционная зона 218 представляет собой барботажную колонну, имеющую аксиальное смещение жидкой и суспензионной композиций. Усредненная по времени приведенная скорость суспензионной фазы (твердое вещество + жидкость) и жидкой фазы реакционной среды 220b во второй реакционной зоне 218 предпочтительно составляет меньше чем приблизительно 0,2, 0,1 или 0,06 м/сек, где приведенная скорость измерена на любой высоте второй реакционной зоны 218, на ¼ высоты второй реакционной зоны 218, на ½ высоты второй реакционной зоны 218, на ¾ высоты второй реакционной зоны 218, и/или представляет собой среднее по всей высоте второй реакционной зоны 218.Although the reaction medium 220b in the
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения реактор по типу барботажной колонны 200 работает таким образом, чтобы обеспечить осаждение твердых веществ во внутреннем реакторе 204. Если осаждение твердых веществ желательно, предпочтительно, чтобы усредненная по времени и усредненная по объему приведенная скорость газа реакционной среды 220b во второй реакционной зоне составляла менее чем приблизительно 0,05, 0,03 или 0,01 м/сек. Кроме того, если осаждение твердых веществ желательно, предпочтительно, чтобы усредненная по времени и усредненная по объему приведенная скорость суспензионной фазы и жидкой фазы реакционной среды 220b во второй реакционной зоне 218 составляла менее чем приблизительно 0,01, 0,005 или 0,001 м/сек.In one embodiment of the present invention, the
Хотя допустимо, чтобы некоторая часть суспензионной фазы, выходящей из внутреннего реактора 204, непосредственно была рециркулирована назад в первую реакционную зону 216 без дополнительной обработки в нисходящем потоке, предпочтительно, чтобы прямое рециркулирование реакционной среды 220b от нижних отметок высоты второй реакционной зоны 218 в первую реакционную зону 216 было минимизировано. Предпочтительно масса реакционной среды 220b (твердой, жидкой и газовой фаз), выходящей из нижних 25% объема второй реакционной зоны 218 и непосредственно рециркулируемой назад в первую реакционную зону 216 без дополнительной обработки в нисходящем потоке, составляет менее чем 10, 1 или 0,1 части от массы (твердой, жидкой и газовой фаз) реакционной среды 220b, выходящей из второй реакционной зоны 218 и затем подвергнутой обработке в нисходящем потоке. Предпочтительно масса реакционной среды 220b, выходящей из нижних 50% объема второй реакционной зоны 218 и непосредственно рециркулируемой назад в первую реакционную зону 216 без дополнительной обработки в нисходящем потоке, составляет менее чем 20, 2 или 0,2 части от массы реакционной среды 220b, выходящей из второй реакционной зоны 218 и затем подвергнутой обработке в нисходящем потоке. Предпочтительно менее чем приблизительно 50, 75 или 90% масс. жидкой фазы реакционной среды 220b, выходящей из второй реакционной зоны 218 через отверстия в нижних 90, 60, 50 или 5% объема второй реакционной зоны 218, вводится в первую реакционную зону 216 в течение 60, 20, 5 или 1 мин после выхода из второй реакционной зоны 218. Предпочтительно жидкая фаза реакционной среды 220b, расположенная во второй реакционной зоне 218, имеет усредненное по массе время пребывания во второй реакционной зоне 218, по меньшей мере, приблизительно 1 мин, более предпочтительно находится в интервале приблизительно от 2 до 60 мин и наиболее предпочтительно в интервале от 5 до 30 мин. Предпочтительно менее чем приблизительно 50, 75 или 90% масс. жидкой фазы реакционной среды 220а/b, введенной во вторую реакционную зону 218, входит во вторую реакционную зону 218 в нижние 90, 60 или 30% объема второй реакционной зоны 218. Предпочтительно менее чем приблизительно 50, 75 или 90% масс. от общего объема жидкой фазы реакционной среды 220a/b, введенной в виде жидкофазного потока в первую реакционную зону 216, поступает в первую реакционную зону 216 в течение 60, 20, 5 или 1 мин после выведения из второй реакционной зоны 218 через выпускное отверстие для суспензии 222. Предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 75, 90, 95 или 99% масс. жидкой фазы реакционной среды 220b, выведенной из второй реакционной зоны 218, выходит из второй реакционной зоны 218 через отверстия в нижних 90, 60, 30 или 5% объема второй реакционной зоны 218.Although it is permissible that some portion of the slurry phase exiting the
Конструкция реактора по типу барботажной колонны в конфигурации «реактор в реакторе» 200 может быть изменена различным образом без отклонения от объема настоящего изобретения. Например, внутренняя реакционная емкость 210 может иметь большую высоту, чем внешняя реакционная емкость 206, если внутренняя реакционная емкость 210 простирается ниже нижнего конца внешней реакционной емкости 206. Внешняя и внутренняя реакционные емкости 206 и 210 могут быть цилиндрическими, как показано, или могут иметь любую форму. Внешняя и внутренняя реакционные емкости 206 и 210 не должны быть симметричными по оси, аксиально вертикальными или концентрическими. Газовая фаза, выходящая из внутреннего реактора 204, может быть направлена наружу из реактора по типу барботажной колонны 200 без объединения с реакционной средой 220a в первой реакционной зоне 216. Однако с точки зрения безопасности от воспламенения желательно ограничивать объемы захваченных газовых карманов менее чем приблизительно до 10, 2 или 1 м3. Кроме того, нет необходимости, чтобы суспензионная фаза, выходящая из внутреннего реактора 204, выходила через единственное отверстие для суспензии в днище внутренней реакционной емкости 210. Суспензионная фаза может выходить из реактора по типу барботажной колонны 200 через боковое выпускное отверстие в находящейся под давлением боковой стенке внешнего реактора 202.A bubble column reactor design in a reactor-in-
На ФИГ. 14 представлен реактор по типу барботажной колонны 300, имеющий конфигурацию «реактор в реакторе» и конфигурацию ступенчатого диаметра. Реактор по типу барботажной колонны 300 включает внешний реактор 302 и внутренний реактор 304. Внешний реактор 302 представляет собой внешнюю реакционную емкость 306, имеющую широкую нижнюю секцию 306а и узкую верхнюю секцию 306b. Предпочтительно диаметр узкой верхней секции 306b меньше диаметра широкой нижней секции 306a. За исключением конфигурации ступенчатого диаметра внешней реакционной емкости реактор по типу барботажной колонны 300 на ФИГ. 14 предпочтительно конфигурирован и работает по существу аналогично реактору по типу барботажной колонны 200 на ФИГ. 12 и 13, описанному выше.In FIG. 14 shows a
На ФИГ. 15 представлена реакторная система 400, включающая реактор первичного окисления 402 и реактор вторичного окисления 404. Реактор первичного окисления 402 предпочтительно конфигурирован и работает по существу аналогично внешнему реактору 202 на ФИГ. 12 и 13. Вторичный реактор окисления 404 предпочтительно конфигурирован и работает по существу аналогично внутреннему реактору 204 на ФИГ. 12 и 13. Однако основное различие между реакторной системой 400 на ФИГ. 15 и реактором по типу барботажной колонны 200 на ФИГ. 12 и 13 состоит в том, что реактор вторичного окисления 404 реакторной системы 400 расположен вне реактора первичного окисления 402. В реакторной системе 400 на ФИГ. 15 впускной трубопровод 405 используется для перемещения части реакционной среды 420 из реактора первичного окисления 402 в реактор вторичного окисления 404. Кроме того, выпускной трубопровод 407 используется для перемещения головных газов из верха реактора вторичного окисления 404 в реактор первичного окисления 402.In FIG. 15 shows a
При нормальной работе реакционной системы 400 реакционная среда 420 вначале подвергается окислению в первичной реакционной зоне 416 реактора первичного окисления 402. Реакционная среда 420а затем выводится из первичной реакционной зоны 416 и перемещается во вторичную реакционную зону 418 через трубопровод 405. Во вторичной реакционной зоне 418 жидкая и/или твердая фазы реакционной среды 420b подвергаются дополнительному окислению. Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, приблизительно 50, 75, 95 или 99% масс. жидкой фазы и/или твердой фазы выводилось из первичной реакционной зоны 416 для переработки во вторичной реакционной зоне 416. Головные газы выходят из верхнего выпускного отверстия для газа реактора вторичного окисления 404 и перемещаются назад в реактор первичного окисления 402 через трубопровод 407. Суспензионная фаза реакционной среды 420b выходит из нижнего выпускного отверстия суспензии 422 реактора вторичного окисления 404 и затем подвергается дополнительной обработке в нисходящем потоке.During normal operation of the
Впускной трубопровод 405 может быть присоединен к реактору первичного окисления 402 на любой высоте. Хотя на ФИГ. 15 не показано, реакционная среда 420 может быть механически подана насосом во вторичную реакционную зону 418, если это желательно. Однако более предпочтительно использовать гидростатический напор (силу тяжести), чтобы передавать реакционную среду 420 из первичной реакционной зоны 416 через впускной трубопровод 405 и во вторичную реакционную зону 418. Соответственно предпочтительно, чтобы впускной трубопровод 405 был соединен на одном конце с верхними 50, 30, 20 или 10% всей высоты и/или всего объема первичной реакционной зоны 416. Предпочтительно другой конец впускного трубопровода 405 соединяется с верхними 30, 20, 10 или 5% всей высоты и/или всего объема вторичной реакционной зоны 418. Предпочтительно впускной трубопровод 405 является горизонтальным и/или наклоненным вниз от реактора первичного окисления 402 в направлении реактора вторичного окисления 404. Выпускной трубопровод 407 может быть присоединен к любой отметке высоты в реакторе вторичного окисления 404, но предпочтительно, чтобы выпускной трубопровод 407 соединялся с реактором вторичного окисления 404 выше отметки высоты присоединения впускного трубопровода 405. Более предпочтительно выпускной трубопровод 407 присоединяется к верху реактора вторичного окисления 404. Выпускной трубопровод 407 предпочтительно присоединяется к реактору первичного окисления 402 выше отметки высоты присоединения впускного трубопровода 405. Более предпочтительно выпускной трубопровод 407 присоединяется к верхним 30, 20, 10 или 5% общей высоты и/или общего объема первичной реакционной зоны 416. Предпочтительно выпускной трубопровод 407 является горизонтальным и/или наклоненным вниз от реактора вторичного окисления 404 в направлении реактора первичного окисления 402. Хотя на ФИГ. 15 не показано, выпускной трубопровод 407 также может быть прикреплен непосредственно к выпускному трубопроводу для газа, который выводит газообразный выходящий поток из верха реактора первичного окисления 402. Верхнее пространство вторичной реакционной зоны 416 может быть выше или ниже верхнего пространства первичной реакционной зоны 418. Более предпочтительно верхняя протяженность первичной реакционной зоны 416 находится в пределах от 10 м выше и до 50 м ниже, от 2 до 40 м ниже, от 5 до 30 м ниже верхней протяженности вторичной реакционной зоны 418. Нижнее выпускное отверстие для суспензии 422 может выходить от любой отметки высоты реактора вторичного окисления 404, но предпочтительно, чтобы нижнее выпускное отверстие для суспензии 422 было соединено с реактором вторичного окисления 404 ниже отметки высоты присоединения впускного трубопровода 405. Точка присоединения нижнего выпускного отверстия для суспензии 422 более предпочтительно с большим расстоянием отделена по высоте от точки присоединения впускного трубопровода 405, причем два присоединения разделены, по меньшей мере, приблизительно 50, 70, 90 или 95% высоты вторичной реакционной зоны 418. Более предпочтительно нижнее выпускное отверстие для суспензии 422 присоединено к днищу реактора вторичного окисления 404, как показано на ФИГ. 15. Нижняя протяженность вторичной реакционной зоны 418 может быть установлена на высоте выше или ниже нижней протяженности первичной реакционной зоны 416. Более предпочтительно нижняя протяженность первичной реакционной зоны 416 находится на высоте в пределах 40, 20, 5 или 2 м выше или ниже нижней протяженности вторичной реакционной зоны 418.The
Параметры (например, высота, ширина, площадь, объем, относительное горизонтальное размещение и относительное вертикальное размещение), определенные здесь для реактора первичного окисления 402 и составных частей, также считаются применимыми к первичной реакционной зоне 416, определяемой реактором первичного окисления 402, и наоборот. Любые параметры, определенные в настоящем изобретении для реактора вторичного окисления 404 и составных частей, также считаются применимыми к вторичной реакционной зоне 418, определяемой реактором вторичного окисления 404, и наоборот.The parameters (e.g., height, width, area, volume, relative horizontal placement and relative vertical placement) defined here for the
Как упоминалось выше, предпочтительно, чтобы реактор вторичного окисления 404 был расположен вне реактора первичного окисления 402. Предпочтительно реактор вторичного окисления 404 располагается вдоль стороны реактора первичного окисления 402 (то есть, по меньшей мере, часть реакторов первичного и вторичного окисления 402 и 404 делят общую отметку высоты). Первичная реакционная зона 416 реактора первичного окисления 402 имеет максимальный диаметр «Dp». Объемный центр тяжести вторичной реакционной зоны 418 предпочтительно по горизонтали отделен промежутком от объемного центра тяжести первичной реакционной зоны 416, по меньшей мере, приблизительно на 0,5Dp, 0,75Dp или 1,0Dp и на менее чем приблизительно 30Dp, 10Dp или 3Dp.As mentioned above, it is preferable that the
На ФИГ. 16 показана реакторная система 500, включающая реактор первичного окисления 502 и реактор вторичного окисления 504. Реактор первичного окисления определяет в данном случае зону первичного окисления 516, тогда как реактор вторичного окисления 504 определяет зону вторичного окисления 518. Каждая реакционная зона 516 и 518 принимает часть реакционной среды 520.In FIG. 16, a
Конфигурация и работа реакторной системы 500 (ФИГ. 16) предпочтительно аналогичны конфигурации и работе реакторной системы 400 (ФИГ. 15). Однако в реакторной системе 500 установленная вертикально боковая стенка реактора первичного окисления 502 определяет границы, по меньшей мере, одного увеличенного отверстия 505, которое позволяет передавать реакционную среду 520 из первичной реакционной зоны 516 во вторичную реакционную зону 518, при этом одновременно дает возможность передавать отделенную газовую фазу из вторичной реакционной зоны 518 в первичную реакционную зону 516. Предпочтительно площадь пропускного сечения увеличенного отверстия 505, поделенная на площадь максимального горизонтального поперечного сечения вертикальной части вторичной реакционной зоны 518, находится в интервале приблизительно от 0,01 до 2, от 0,02 до 0,5 или от 0,04 до 0,2. Первичная реакционная зона 516 реактора первичного окисления 502 имеет максимальную высоту «Нр». Предпочтительно, чтобы центр размещения увеличенного отверстия 505 был вертикально отделен промежутком, по меньшей мере, приблизительно 0,1Нр, 0,2Нр или 0,3Нр от верха и/или днища первичной реакционной зоны 516.The configuration and operation of the reactor system 500 (FIG. 16) is preferably similar to the configuration and operation of the reactor system 400 (FIG. 15). However, in the
На ФИГ. 17-25 показан ряд реакторов по типу барботажной колонны, оборудованных внутренними структурами, имеющими различные конфигурации. Установлено, что применение одной или нескольких внутренних структур, окруженных реакционной средой, неожиданно модифицирует сквозное перемешивание реакционной среды. Внутренняя структура определяет статическую зону, имеющую пониженную турбулентность по сравнению с турбулентностью реакционной среды, окружающей статическую зону.In FIG. 17-25 show a series of bubble column reactors equipped with internal structures having various configurations. It has been found that the use of one or more internal structures surrounded by a reaction medium unexpectedly modifies through mixing of the reaction medium. The internal structure defines a static zone having reduced turbulence compared with the turbulence of the reaction medium surrounding the static zone.
Как показано на ФИГ. 17-25, внутренняя структура может принимать различные формы. В частности, ФИГ. 17 иллюстрирует реактор по типу барботажной колонны 600, в котором используют в целом цилиндрическую внутреннюю структуру 602, чтобы определить статическую зону. Внутренняя структура 602 по существу центрирована в основной реакционной зоне реактора по типу барботажной колонны 600 и отделена вертикальным промежутком от верхнего и нижнего концов основной реакционной зоны. ФИГ. 18 иллюстрирует реактор по типу барботажной колонны 610, в котором используют в целом цилиндрическую внутреннюю структуру 612, аналогичную внутренней структуре 602 на ФИГ. 17. Однако внутренняя структура 612 на ФИГ. 18 не центрирована в основной реакционной зоне реактора по типу барботажной колонны 610. Более того, объемный центр тяжести статической зоны, определенной внутренней структурой 612, горизонтально смещен от объемного центра тяжести основной реакционной зоны. Кроме того, днище внутренней структуры 612 расположено около нижней касательной линии реактора по типу барботажной колонны 610. ФИГ. 19 иллюстрирует реактор по типу барботажной колонны 620, в котором используется в целом цилиндрическая внутренняя структура 622, которая выше внутренней структуры 602 и 612 на ФИГ. 17 и 18. Кроме того, объемный центр тяжести статической зоны внутренней структуры 622 смещен от объемного центра основной реакционной зоны реактора по типу барботажной колонны 620. ФИГ. 20 иллюстрирует реактор по типу барботажной колонны 630, в котором используется внутренняя структура, включающая обычно цилиндрическую верхнюю часть 632 и обычно цилиндрическую нижнюю часть 634. Нижняя часть 634 внутренней структуры имеет более узкий диаметр, чем верхняя часть 632. ФИГ. 21 иллюстрирует реактор по типу барботажной колонны 640, в котором используется внутренняя структура, включающая обычно цилиндрическую нижнюю часть 642 и обычно цилиндрическую верхнюю часть 644. Верхняя часть 644 внутренней структуры имеет более узкий диаметр, чем нижняя часть 642. ФИГ. 22 иллюстрирует реактор по типу барботажной колонны 650, в котором используется первая, вторая и третья отдельные внутренние структуры 652, 654 и 656. Внутренние структуры 652, 654 и 656 отделены вертикальными промежутками друг от друга. Объемные центры тяжести статических зон, определенных первой и третьей внутренними структурами 652 и 656, горизонтально выровнены с объемным центром тяжести основной реакционной зоны реактора по типу барботажной колонны 650. Однако объемный центр тяжести статической зоны, определенной внутренней структурой 654, горизонтально смещен от объемного центра тяжести основной реакционной зоны реактора по типу барботажной колонны 650. ФИГ. 23 иллюстрирует реактор по типу барботажной колонны 660, в котором используется пара расположенных «бок о бок» первой и второй внутренних структур 662 и 664. Объемные центры тяжести статических зон, определенных первой и второй внутренними структурами 662 и 664, горизонтально отделены промежутком друг от друга и горизонтально отделены промежутком от объемного центра тяжести основной реакционной зоны реактора по типу барботажной колонны 660. Кроме того, первая и вторая внутренняя структуры 662 и 664 имеют конфигурацию «бок о бок» так, что, по меньшей мере, часть первой и второй внутренних структур 662 и 664 разделяют общую отметку высоты. ФИГ. 24 иллюстрирует реактор по типу барботажной колонны 670, в котором обычно используется призматическая внутренняя структура 672. В частности, внутренняя структура 672 имеет обычно треугольное горизонтальное поперечное сечение. ФИГ. 25 иллюстрирует реактор по типу барботажной колонны 680, в котором используется обычно цилиндрическая внутренняя структура 682, которая меньше внутренней структуры 602 на ФИГ. 17. Однако внешняя реакционная емкость реактора по типу барботажной колонны 680 имеет ступенчатый диаметр, образованный узкой нижней секцией 682 и широкой верхней секцией 684.As shown in FIG. 17-25, the internal structure may take various forms. In particular, FIG. 17 illustrates a
Как показано на ФИГ. 17-25, внутренняя структура, используемая в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, может иметь ряд конфигураций и может быть расположена в разных положениях в пределах основной реакционной зоны реактора по типу барботажной колонны. Кроме того, внутренняя структура и статическая зона, определенная ею, могут быть получены из множества различных материалов. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения внутренняя структура полностью закрыта так, что никакой окружающей реакционной среды не поступает во внутреннюю структуру. Такая закрытая внутренняя структура может быть полой или сплошной. В другом варианте осуществления настоящего изобретения внутренняя структура включает одно или несколько отверстий, которые дают возможность реакционной среде поступать в статическую зону, определенную внутренней структурой. Однако так как одна из задач статической зоны состоит в том, чтобы создать зону пониженной турбулентности относительно турбулентности реакционной среды, окружающей внутреннюю структуру, предпочтительно, чтобы внутренняя структура не позволяла значительному количеству реакционной среды быстро протекать через внутреннюю структуру.As shown in FIG. 17-25, the internal structure used in accordance with one embodiment of the present invention may have a number of configurations and may be located at different positions within the main reaction zone of the reactor as a bubble column. In addition, the internal structure and the static zone defined by it can be obtained from many different materials. In one embodiment of the present invention, the internal structure is completely closed so that no environmental reaction medium enters the internal structure. Such a closed internal structure may be hollow or solid. In another embodiment of the present invention, the internal structure includes one or more openings that allow the reaction medium to enter a static zone defined by the internal structure. However, since one of the tasks of the static zone is to create a zone of reduced turbulence with respect to the turbulence of the reaction medium surrounding the internal structure, it is preferable that the internal structure does not allow a significant amount of the reaction medium to quickly flow through the internal structure.
Конкретная конфигурация и технологические параметры реактора по типу барботажной колонны, оборудованного одной или несколькими внутренними структурами, будут описаны более подробно. Предпочтительно внутренняя структура расположена полностью внутри внешней реакционной емкости реактора по типу барботажной колонны; однако допустимо, чтобы, по меньшей мере, часть внутренней структуры выступала за пределы внешней реакционной емкости реактора по типу барботажной колонны. Как упоминалось выше, во время работы реактора по типу барботажной колонны, внутренняя структура определяет, по меньшей мере, одну статическую зону в пределах реактора по типу барботажной колонны. Основная реакционная зона реактора по типу барботажной колонны и статическая зона имеют отдельные объемы (то есть не перекрывают одна другую). Основная реакционная зона реактора по типу барботажной колонны определена внутри внешней реакционной емкости реактора по типу барботажной колонны, но снаружи внутренней структуры.The specific configuration and technological parameters of a bubble column reactor equipped with one or more internal structures will be described in more detail. Preferably, the internal structure is located completely inside the external reaction vessel of the reactor as a bubble column; however, it is permissible that at least a portion of the internal structure protrude beyond the outer reaction vessel of the reactor as a bubble column. As mentioned above, while the reactor is operating as a bubbler, the internal structure defines at least one static zone within the reactor as a bubbler. The main reaction zone of the reactor as a bubble column and the static zone have separate volumes (that is, they do not overlap one another). The main reaction zone of the reactor as a bubble column is defined inside the external reaction vessel of the reactor as a bubble column, but outside the internal structure.
Как упоминалось выше, статическая зона, определенная внутренней структурой, представляет собой объем, который имеет пониженную турбулентность относительно турбулентности примыкающей реакционной среды в основной реакционной зоне. Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, приблизительно 90, 95, 98 или 99,9% объема статической зоны было заполнено материалом, отличным от реакционной среды, и/или было заполнено частью реакционной среды, имеющей по существу пониженную турбулентность в сравнении с турбулентностью реакционной среды, расположенной по соседству с внутренней структурой. Если статическая зона включает любую часть реакционной среды, предпочтительно, чтобы часть реакционной среды, находящаяся в статической зоне, имела усредненное по массе время пребывания в статической зоне, по меньшей мере, приблизительно 2, 8, 30 или 120 мин. Если статическая зона включает любую часть реакционной среды, предпочтительно, чтобы усредненное по времени удерживание газа реакционной среды в статической зоне было менее чем приблизительно 0,2, 0,1, 0,5 или 0,01, где удерживание газа измерено на любой отметке высоты статической зоны, на ¼ высоты статической зоны, на ½ высоты статической зоны, на ¾ высоты статической зоны, и/или представляет собой среднее по всей высоте статической зоны. Предпочтительно, чтобы усредненное по времени удерживание газа реакционной среды в реакционной зоне находилось в интервале приблизительно от 0,2 до 0,9, более предпочтительно приблизительно от 0,5 до 0,8 и наиболее предпочтительно от 0,55 до 0,7, где удерживание газа измерено на любой отметке высоты реакционной зоны, на ¼ высоты реакционной зоны, на ½ высоты реакционной зоны, на ¾ высоты реакционной зоны, и/или представляет собой среднее по всей высоте реакционной зоны. Если статическая зона включает любую часть реакционной среды, предпочтительно, чтобы усредненная по времени приведенная скорость газа реакционной среды в статической зоне была менее чем приблизительно 0,4, 0,2, 0,1 или 0,05 м/сек, где приведенная скорость газа измерена на любой отметке высоты статической зоны, на ¼ высоты статической зоны, на ½ высоты статической зоны, на ¾ высоты статической зоны, и/или представляет собой среднее по всей высоте статической зоны. Предпочтительно, чтобы усредненная по времени приведенная скорость газа реакционной среды в реакционной зоне, составляла, по меньшей мере, приблизительно 0,2, 0,4, 0,8 или 1 м/сек, где приведенная скорость газа измерена на любой отметке высоты реакционной зоны, на ¼ высоты реакционной зоны, на ½ высоты реакционной зоны, на ¾ высоты реакционной зоны, и/или представляет собой среднее по всей высоте реакционной зоны. Если статическая зона включает любую часть реакционной среды, предпочтительно, чтобы усредненная по времени приведенная скорость жидкой фазы реакционной среды в статической зоне была менее чем приблизительно 0,04, 0,01 или 0,004 м/сек, где приведенная скорость жидкой фазы измерена на любой отметке высоты статической зоны, на ¼ высоты статической зоны, на ½ высоты статической зоны, на ¾ высоты статической зоны, и/или представляет собой среднее по всей высоте статической зоны. Предпочтительно, чтобы усредненная по времени приведенная скорость жидкой фазы реакционной среды в реакционной зоне составляла менее чем приблизительно 0,1, 0,04 или 0,01 м/сек, где приведенная скорость жидкой фазы измерена на любой отметке высоты реакционной зоны, на ¼ высоты реакционной зоны, на ½ высоты реакционной зоны, на ¾ высоты реакционной зоны, и/или представляет собой среднее по всей высоте реакционной зоны. Любые параметры (например, высота, ширина, площадь, объем, относительное горизонтальное размещение и относительное вертикальное размещение), определенные здесь для внутренней структуры, также считаются применимыми к статической зоне, определенной внутренней структурой, и наоборот.As mentioned above, the static zone defined by the internal structure is a volume that has reduced turbulence with respect to the turbulence of the adjacent reaction medium in the main reaction zone. Preferably, at least about 90, 95, 98, or 99.9% of the volume of the static zone is filled with material other than the reaction medium, and / or is filled with a part of the reaction medium having substantially reduced turbulence compared to the turbulence of the reaction environment adjacent to the internal structure. If the static zone comprises any part of the reaction medium, it is preferable that the part of the reaction medium located in the static zone has a mass-average residence time in the static zone of at least about 2, 8, 30, or 120 minutes. If the static zone includes any part of the reaction medium, it is preferred that the time-averaged gas retention of the reaction medium in the static zone is less than about 0.2, 0.1, 0.5, or 0.01, where gas retention is measured at any elevation static zone, ¼ the height of the static zone, ½ the height of the static zone, ¾ the height of the static zone, and / or represents the average over the entire height of the static zone. Preferably, the time-averaged gas retention of the reaction medium in the reaction zone is in the range of from about 0.2 to 0.9, more preferably from about 0.5 to 0.8, and most preferably from 0.55 to 0.7, where gas retention is measured at any elevation of the reaction zone, ¼ the height of the reaction zone, ½ the height of the reaction zone, ¾ the height of the reaction zone, and / or is the average over the entire height of the reaction zone. If the static zone includes any part of the reaction medium, it is preferable that the time-averaged reduced gas velocity of the reaction medium in the static zone is less than about 0.4, 0.2, 0.1, or 0.05 m / s, where the reduced gas velocity measured at any height of the static zone, ¼ the height of the static zone, ½ the height of the static zone, ¾ the height of the static zone, and / or is the average over the entire height of the static zone. Preferably, the time-averaged reduced gas velocity of the reaction medium in the reaction zone is at least about 0.2, 0.4, 0.8 or 1 m / s, where the reduced gas velocity is measured at any elevation of the reaction zone , ¼ the height of the reaction zone, ½ the height of the reaction zone, ¾ the height of the reaction zone, and / or represents the average over the entire height of the reaction zone. If the static zone includes any part of the reaction medium, it is preferable that the time-averaged reduced velocity of the liquid phase of the reaction medium in the static zone is less than about 0.04, 0.01 or 0.004 m / s, where the reduced velocity of the liquid phase is measured at any point the height of the static zone, by ¼ the height of the static zone, ½ the height of the static zone, на the height of the static zone, and / or represents the average over the entire height of the static zone. Preferably, the time-averaged reduced velocity of the liquid phase of the reaction medium in the reaction zone is less than about 0.1, 0.04 or 0.01 m / s, where the reduced velocity of the liquid phase is measured at any elevation of the reaction zone, by ¼ of the height the reaction zone, by ½ the height of the reaction zone, by ¾ the height of the reaction zone, and / or represents the average over the entire height of the reaction zone. Any parameters (e.g., height, width, area, volume, relative horizontal placement and relative vertical placement) defined here for the internal structure are also considered applicable to the static zone defined by the internal structure, and vice versa.
Предпочтительно, чтобы размер статической зоны, определенной внутренней структурой, был таким, чтобы статическая зона имела, по меньшей мере, одно местоположение, которое отделено промежутком от реакционной зоны, по меньшей мере, приблизительно на 0,05 часть от максимального горизонтального диаметра реакционной зоны или приблизительно на 0,2 м, иногда больше. Предпочтительно статическая зона имеет, по меньшей мере, одно местоположение, которое отделено промежутком от реакционной зоны, по меньшей мере, приблизительно на 0,4, 0,7 или 1,0 м. Предпочтительно статическая зона имеет, по меньшей мере, одно местоположение, которое отделено промежутком от реакционной зоны, по меньшей мере, приблизительно на 0,1, 0,2 или 0,3 части от максимального горизонтального диаметра реакционной зоны. Статическая зона предпочтительно имеет, по меньшей мере, два местоположения, которые отделены друг от друга расстоянием по вертикали, которое составляет, по меньшей мере, приблизительно 0,5, 1,2 или 4 части от максимального горизонтального диаметра реакционной зоны. Предпочтительно указанные два вертикально разделенные промежутком местоположения в статической зоне также, каждое, отделены от реакционной зоны, по меньшей мере, приблизительно на 0,05, 0,1, 0,2 или 0,3 части от максимального горизонтального диаметра реакционной зоны. Предпочтительно указанные два вертикально разделенные промежутком местоположения в статической зоне отделены друг от друга вертикальным промежутком, по меньшей мере, приблизительно 1, 3, 10 или 20 м, и каждое также отделено от реакционной зоны, по меньшей мере, приблизительно на 0,1, 04, 0,7 или 1 м. Предпочтительно объем статической зоны находится в интервале приблизительно от 1 до 50% от объема основной реакционной зоны, более предпочтительно в интервале приблизительно от 2 до 25% от объема основной реакционной зоны и наиболее предпочтительно в интервале от 4 до 15% от объема основной реакционной зоны.Preferably, the size of the static zone defined by the internal structure is such that the static zone has at least one location that is spaced apart from the reaction zone by at least about 0.05 part of the maximum horizontal diameter of the reaction zone or approximately 0.2 m, sometimes more. Preferably, the static zone has at least one location that is spaced apart from the reaction zone by at least about 0.4, 0.7 or 1.0 m. Preferably, the static zone has at least one location, which is separated by a gap from the reaction zone, at least about 0.1, 0.2 or 0.3 parts from the maximum horizontal diameter of the reaction zone. The static zone preferably has at least two locations that are separated from each other by a vertical distance that is at least about 0.5, 1.2, or 4 parts of the maximum horizontal diameter of the reaction zone. Preferably, said two vertically spaced apart locations in the static zone are also each separated from the reaction zone by at least about 0.05, 0.1, 0.2 or 0.3 parts of the maximum horizontal diameter of the reaction zone. Preferably, said two vertically spaced apart locations in the static zone are separated from each other by a vertical span of at least about 1, 3, 10, or 20 m, and each is also separated from the reaction zone by at least about 0.1, 04 0.7 or 1 m. Preferably, the volume of the static zone is in the range of about 1 to 50% of the volume of the main reaction zone, more preferably in the range of about 2 to 25% of the volume of the main reaction zone, and most preferably in vomited from 4 to 15% by volume of the primary reaction zone.
Внешняя реакционная емкость реактора по типу барботажной колонны включает, как правило, цилиндрическую вертикальную внешнюю боковую стенку. Предпочтительно внутренняя структура включает цилиндрическую вертикальную боковую стенку, которая находится на расстоянии по направлению внутрь от внешней боковой стенки. Предпочтительно внутренняя структура не является частью теплообменника. Следовательно, предпочтительно, чтобы усредненный по времени удельный тепловой поток через установленные вертикально внутренние боковые стенки внутренней структуры составлял менее чем приблизительно 100, 15, 3 или 0,3 киловатта на квадратный метр. Кольцевое пространство, заполненное реакционной средой, предпочтительно ограничено между внутренней и внешней боковыми стенками. Внутренняя структура поддерживается вертикально к внешней емкости, предпочтительно с помощью установленных вертикально опор между нижними частями внутренней структуры и нижней частью внешней реакционной емкости. Кроме того, внутренняя структура предпочтительно поддерживается внешней реакционной емкостью за счет множества незагрязняющихся продольных поддерживающих элементов, простирающихся по направлению внутрь от внешней боковой стенки к внутренней боковой стенке. Предпочтительно площадь горизонтального поперечного сечения статической зоны на ¼ высоты, ½ высоты и/или ¾ высоты статической зоны составляет, по меньшей мере, приблизительно 2, от 5 до 75 или от 10 до 30% от площади горизонтального поперечного сечения кольцевого пространства на соответствующей отметке высоты. Предпочтительно максимальная высота внешней вертикальной боковой стенки находится в интервале приблизительно от 10 до 90% от максимальной высоты внутренней вертикальной боковой стенки, более предпочтительно в интервале приблизительно от 20 до 80% от максимальной высоты внешней вертикальной боковой стенки и наиболее более предпочтительно в интервале приблизительно от 30 до 70% от максимальной высоты внешней вертикальной боковой стенки. Хотя предпочтительно, чтобы внутренняя боковая стенка имела, как правило, цилиндрическую конфигурацию, допустимо, чтобы часть внутренней боковой стенки была вогнутой относительно примыкающей части статической зоны. Когда внутренняя боковая стенка включает вогнутую часть, предпочтительно, чтобы такая вогнутая часть образовывала менее чем приблизительно 25, 10, 5 или 0,1% от общей обращенной наружу площади поверхности, представленной внутренней боковой стенкой. Предпочтительно отношение общей площади поверхности внутренней структуры, которая находится в непосредственном контакте с реакционной средой, к общему объему реакционной зоны составляет менее чем приблизительно 1, 0,5, 0,3 или 0,15 квадратного метра на кубический метр. Предпочтительно, чтобы объемный центр тяжести статической зоны был горизонтально смещен от объемного центра тяжести основной реакционной зоны менее чем приблизительно на 0,4, 0,2, 0,1 или 0,01 части от максимального горизонтального диаметра основной реакционной зоны.The external reaction vessel of the reactor as a bubble column includes, as a rule, a cylindrical vertical external side wall. Preferably, the inner structure includes a cylindrical vertical side wall that is spaced inward inward from the outer side wall. Preferably, the internal structure is not part of the heat exchanger. Therefore, it is preferable that the time-averaged specific heat flux through vertically mounted inner side walls of the internal structure be less than about 100, 15, 3, or 0.3 kilowatts per square meter. The annular space filled with the reaction medium is preferably limited between the inner and outer side walls. The internal structure is supported vertically to the external vessel, preferably with vertically mounted supports between the lower parts of the internal structure and the lower part of the external reaction vessel. Furthermore, the internal structure is preferably supported by an external reaction vessel due to a plurality of non-contaminated longitudinal support elements extending inward from the outer side wall to the inner side wall. Preferably, the horizontal cross-sectional area of the static zone by ¼ height, ½ height and / or ¾ of the height of the static zone is at least about 2, from 5 to 75, or from 10 to 30% of the horizontal cross-sectional area of the annular space at the corresponding height mark . Preferably, the maximum height of the outer vertical side wall is in the range of about 10 to 90% of the maximum height of the inner vertical side wall, more preferably in the range of about 20 to 80% of the maximum height of the outer vertical side wall, and most preferably in the range of about 30 up to 70% of the maximum height of the outer vertical side wall. Although it is preferable that the inner side wall has a generally cylindrical configuration, it is permissible that a part of the inner side wall be concave relative to the adjacent part of the static zone. When the inner side wall includes a concave portion, it is preferable that such a concave portion forms less than about 25, 10, 5, or 0.1% of the total outward facing surface area represented by the inner side wall. Preferably, the ratio of the total surface area of the internal structure that is in direct contact with the reaction medium to the total volume of the reaction zone is less than about 1, 0.5, 0.3 or 0.15 square meters per cubic meter. Preferably, the volume center of gravity of the static zone is horizontally offset from the volume center of gravity of the main reaction zone by less than about 0.4, 0.2, 0.1 or 0.01 parts of the maximum horizontal diameter of the main reaction zone.
Когда реактор по типу барботажной колонны включает больше, чем одну внутреннюю структуру, определяющую больше, чем одну статическую зону, предпочтительно, чтобы статические зоны были расположены вертикально в ряд так, чтобы объемный центр тяжести всех статических зон, учитываемых вместе, был горизонтально смещен от объемного центра тяжести реакционной зоны приблизительно менее чем на 0,4, 0,2, 0,1 или 0,01 части от максимального горизонтального диаметра основной реакционной зоны. Кроме того, когда множество статических зон образовано внутри основной реакционной зоны, предпочтительно, чтобы количество отдельных статических зон, имеющих объем больше чем 0,2% от объема основной реакционной зоны, составляло менее чем приблизительно 100, 10, 5 или 2.When the bubble column reactor includes more than one internal structure defining more than one static zone, it is preferable that the static zones be arranged vertically in a row so that the volume center of gravity of all the static zones taken into account together is horizontally offset from the volume the center of gravity of the reaction zone is approximately less than 0.4, 0.2, 0.1 or 0.01 parts of the maximum horizontal diameter of the main reaction zone. Furthermore, when a plurality of static zones are formed inside the main reaction zone, it is preferable that the number of individual static zones having a volume of more than 0.2% of the volume of the main reaction zone is less than about 100, 10, 5, or 2.
Внешняя реакционная емкость реактора по типу барботажной колонны предпочтительно имеет отношение максимальной вертикальной высоты к максимальному горизонтальному диаметру в интервале приблизительно от 3:1 до 30:1, более предпочтительно в интервале приблизительно от 6:1 до 20:1 и наиболее предпочтительно в интервале от 9:1 до 15:1. Внутренняя структура предпочтительно имеет отношение максимальной вертикальной высоты к максимальному горизонтальному диаметру в интервале приблизительно от 0,3:1 до 100:1, более предпочтительно в интервале приблизительно от 1:1 до 50:1 и наиболее предпочтительно в интервале от 3:1 до 30:1. Предпочтительно, чтобы максимальный горизонтальный диаметр внутренней структуры находился в интервале приблизительно от 0,1 до 5 м, более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,3 до 4 м и наиболее предпочтительно в интервале от 1 до 3 м. Предпочтительно максимальная вертикальная высота внутренней структуры находится в интервале приблизительно от 1 до 100 м, более предпочтительно в интервале приблизительно от 3 до 50 м и наиболее предпочтительно в интервале от 10 до 50 м. Предпочтительно максимальный горизонтальный диаметр внутренней структуры находится в интервале приблизительно от 5 до 80, более предпочтительно приблизительно от 10 до 60, наиболее предпочтительно от 20 до 50% от максимального горизонтального диаметра внешней реакционной емкости. Предпочтительно максимальная вертикальная высота внутренней структуры 602 находится в интервале приблизительно от 3 до 100% от максимальной вертикальной высоты внешней реакционной емкости, более предпочтительно в интервале приблизительно от 10 до 90% от максимальной вертикальной высоты внешней реакционной емкости и наиболее предпочтительно в интервале от 30 до 80% от максимальной вертикальной высоты внешней реакционной емкости. Любые параметры (например, высота, ширина, площадь, объем, относительное горизонтальное размещение и относительное вертикальное размещение), определенные здесь для внешней реакционной емкости и структурных частей, также считаются применимыми к реакционной зоне, определенной внешней реакционной емкостью, и наоборот.The external reaction vessel of the bubble column reactor preferably has a ratio of maximum vertical height to maximum horizontal diameter in the range of about 3: 1 to 30: 1, more preferably in the range of about 6: 1 to 20: 1, and most preferably in the range of 9 : 1 to 15: 1. The internal structure preferably has a ratio of maximum vertical height to maximum horizontal diameter in the range of about 0.3: 1 to 100: 1, more preferably in the range of about 1: 1 to 50: 1, and most preferably in the range of 3: 1 to 30 :one. Preferably, the maximum horizontal diameter of the internal structure is in the range of about 0.1 to 5 m, more preferably in the range of about 0.3 to 4 m, and most preferably in the range of 1 to 3 m. Preferably, the maximum vertical height of the internal structure is in the range of about 1 to 100 m, more preferably in the range of about 3 to 50 m, and most preferably in the range of 10 to 50 m. Preferably, the maximum horizontal diameter of the inner page uktury is in the range from about 5 to 80, more preferably from about 10 to 60, most preferably from 20 to 50% of the maximum horizontal diameter of the external reaction vessel. Preferably, the maximum vertical height of the internal structure 602 is in the range of about 3 to 100% of the maximum vertical height of the external reaction vessel, more preferably in the range of about 10 to 90% of the maximum vertical height of the external reaction vessel, and most preferably in the range of 30 to 80 % of the maximum vertical height of the external reaction vessel. Any parameters (e.g., height, width, area, volume, relative horizontal placement and relative vertical placement) defined here for the external reaction vessel and structural parts are also considered applicable to the reaction zone defined by the external reaction vessel, and vice versa.
В одном из вариантов осуществления изобретения внутренняя структура полностью изолирует статическую зону от реакционной зоны. В другом варианте изобретения внутренняя структура определяет одно или несколько прямых отверстий, что обеспечивает возможность прямой передачи жидкости между статической зоной и реакционной зоной. Когда внутренняя структура определяет такие прямые отверстия, предпочтительно, чтобы максимальный диаметр самого маленького из прямых отверстий был меньше чем приблизительно 0,3, 0,2, 0,1 или 0,05 части от максимального горизонтального диаметра основной реакционной зоны. Когда внутренняя структура определяет такие прямые отверстия, предпочтительно, чтобы максимальный диаметр самого большого из прямых отверстий был меньше чем приблизительно 0,4, 0,3, 0,2 или 0,1 части от максимального горизонтального диаметра основной реакционной зоны. Когда внутренняя структура определяет такие прямые отверстия, предпочтительно, чтобы совокупная площадь пропускного сечения, определяемая всеми прямыми отверстиями, была меньше чем приблизительно 0,4, 0,3 или 0,2 части от площади максимального горизонтального поперечного сечения основной реакционной зоны. Внутренняя структура имеет максимальную высоту (Hi). Когда внутренняя структура определяет одно или несколько прямых отверстий, предпочтительно, чтобы менее чем приблизительно 50, 25 или 10% от совокупной площади пропускного сечения, определенной всеми прямыми отверстиями, находилось на расстоянии приблизительно более чем 0,5Нi, 0,25Нi или 0,1Нi от верха внутренней структуры. Когда в реакторе по типу барботажной колонны используется множество внутренних структур для формирования множества статических зон, допустимо, чтобы две или несколько статических зон включали взаимосвязанные отверстия и/или трубопроводы, которые обеспечивают передачу жидкости между статическими зонами. Предпочтительно максимальный диаметр самого маленького из любых взаимосвязанных отверстий и/или трубопроводов составляет менее чем приблизительно 0,3, 0,2, 0,1 или 0,05 части от максимального горизонтального диаметра основной реакционной зоны.In one embodiment, the internal structure completely isolates the static zone from the reaction zone. In another embodiment of the invention, the internal structure defines one or more straight holes, which allows direct liquid transfer between the static zone and the reaction zone. When the internal structure defines such straight holes, it is preferable that the maximum diameter of the smallest of the straight holes is less than about 0.3, 0.2, 0.1, or 0.05 parts of the maximum horizontal diameter of the main reaction zone. When the internal structure defines such straight holes, it is preferable that the maximum diameter of the largest of the straight holes is less than about 0.4, 0.3, 0.2, or 0.1 parts of the maximum horizontal diameter of the main reaction zone. When the internal structure defines such straight holes, it is preferable that the total cross-sectional area determined by all straight holes is less than about 0.4, 0.3, or 0.2 parts of the maximum horizontal cross-sectional area of the main reaction zone. The internal structure has a maximum height (H i ). When the internal structure defines one or several lines of holes, preferably to less than about 50, 25 or 10% of the total area of the cross section crossing defined by all straight holes are at a distance more than about 0.5H i, or i 0.25
Как упоминалось выше, некоторые физические и рабочие характеристики реакторов по типу барботажной колонны, описанных выше с помощью ФИГ. 1-25, создают вертикальные градиенты давления, температуры и концентраций реагентов (то есть кислорода и способного к окислению соединения) перерабатываемой реакционной среды. Как обсуждалось выше, такие вертикальные градиенты могут обеспечить более эффективный и экономичный процесс окисления по сравнению с обычными процессами окисления, которые отдают предпочтение хорошо перемешиваемой реакционной среде с относительно равномерным повсюду давлением, температурой и концентрацией реагентов. Вертикальные градиенты кислорода, способного к окислению соединения (например, пара-ксилола) и температуры, которые делают возможным использование системы окисления в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, будут описаны более детально.As mentioned above, some of the physical and operational characteristics of the bubble column reactors described above using FIG. 1-25, create vertical gradients of pressure, temperature and concentrations of reagents (i.e. oxygen and an oxidizable compound) of the processed reaction medium. As discussed above, such vertical gradients can provide a more efficient and economical oxidation process than conventional oxidation processes, which prefer a well-mixed reaction medium with relatively uniform pressure, temperature, and concentration of reactants throughout. The vertical gradients of oxygen capable of oxidizing a compound (e.g., para-xylene) and temperature, which make it possible to use the oxidation system in accordance with an embodiment of the present invention, will be described in more detail.
Что касается ФИГ. 26, то для того чтобы количественно определить градиенты концентрации реагентов в реакционной среде во время окисления в реакторе по типу барботажной колонны, весь объем реакционной среды может быть теоретически распределен на 30 дискретных горизонтальных тонких слоев равного объема. ФИГ. 26 иллюстрирует принцип деления реакционной среды на 30 дискретных горизонтальных тонких слоев равного объема. За исключением самого верхнего и самого нижнего горизонтальных тонких слоев, каждый горизонтальный тонкий слой представляет собой дискретный объем, ограниченный вверху и внизу воображаемыми горизонтальными плоскостями и ограниченный по его сторонам стенкой реактора. Самый верхний горизонтальный тонкий слой ограничен снизу воображаемой горизонтальной плоскостью, а сверху верхней поверхностью реакционной среды. Самый нижний горизонтальный тонкий слой ограничен вверху воображаемой горизонтальной плоскостью, а снизу днищем оболочки емкости. После распределения реакционной среды на 30 дискретных горизонтальных тонких слоев равного объема можно определить усредненную по времени и усредненную по объему концентрацию каждого горизонтального тонкого слоя. Отдельный горизонтальный тонкий слой, имеющий максимальную концентрацию из всех 30 горизонтальных тонких слоев, может быть идентифицирован как «С-макс горизонтальный тонкий слой». Отдельный горизонтальный тонкий слой, расположенный выше С-макс горизонтального слоя и имеющий минимальную концентрацию из всех горизонтальных тонких слоев, расположенных выше С-макс горизонтального тонкого слоя, может быть идентифицирован как «С-мин горизонтальный тонкий слой». Вертикальный градиент концентрации затем может быть рассчитан как отношение концентрации в С-макс горизонтальном тонком слое к концентрации в С-мин горизонтальном тонком слое.As for FIG. 26, in order to quantify the concentration gradients of the reactants in the reaction medium during oxidation in the reactor as a bubble column, the entire volume of the reaction medium can be theoretically distributed into 30 discrete horizontal thin layers of equal volume. FIG. 26 illustrates the principle of dividing the reaction medium into 30 discrete horizontal thin layers of equal volume. With the exception of the uppermost and lowest horizontal thin layers, each horizontal thin layer is a discrete volume bounded at the top and bottom by imaginary horizontal planes and bounded on its sides by the wall of the reactor. The uppermost horizontal thin layer is bounded below by an imaginary horizontal plane, and above by the upper surface of the reaction medium. The lowest horizontal thin layer is bounded at the top by an imaginary horizontal plane, and below the bottom of the tank shell. After the distribution of the reaction medium into 30 discrete horizontal thin layers of equal volume, one can determine the time-averaged and volume-averaged concentration of each horizontal thin layer. A single horizontal thin layer having a maximum concentration of all 30 horizontal thin layers can be identified as “C-max horizontal thin layer”. A single horizontal thin layer located above the C-max horizontal layer and having a minimum concentration of all horizontal thin layers located above the C-max horizontal thin layer can be identified as “C-min horizontal thin layer”. The vertical concentration gradient can then be calculated as the ratio of the concentration in the C-max horizontal thin layer to the concentration in the C-min horizontal thin layer.
Что касается количественного определения градиента концентрации кислорода, когда реакционную среду теоретически распределяют на 30 дискретных горизонтальных тонких слоев равного объема, О2-макс горизонтальный тонкий слой определяют как слой, имеющий максимальную концентрацию кислорода из всех 30 горизонтальных тонких слоев, а О2-мин горизонтальный тонкий слой определяют как слой, имеющий минимальную концентрацию кислорода из горизонтальных тонких слоев, расположенных выше О2-макс горизонтального тонкого слоя. Концентрации кислорода в горизонтальных тонких слоях измеряют в газовой фазе реакционной среды, исходя из влажного усредненного по времени и усредненного по объему мольного состава. Предпочтительно, чтобы отношение концентрации кислорода О2-макс горизонтального тонкого слоя к концентрации кислорода О2-мин горизонтального тонкого слоя находилось в интервале приблизительно от 2:1 до 25:1, более предпочтительно в интервале приблизительно от 3:1 до 15:1 и наиболее предпочтительно в интервале от 4:1 до 10:1.As for the quantitative determination of the oxygen concentration gradient, when the reaction medium is theoretically distributed into 30 discrete horizontal thin layers of equal volume, the O 2 -max horizontal thin layer is defined as the layer having the maximum oxygen concentration of all 30 horizontal thin layers, and O 2 -min horizontal a thin layer is defined as a layer having a minimum oxygen concentration of horizontal thin layers located above the O 2 -max of the horizontal thin layer. The oxygen concentration in the horizontal thin layers is measured in the gas phase of the reaction medium, based on the wet averaged over time and averaged over the volume of the molar composition. Preferably, the ratio of the oxygen concentration of the O 2 -max of the horizontal thin layer to the oxygen concentration of the O 2 -min of the horizontal thin layer is in the range of about 2: 1 to 25: 1, more preferably in the range of about 3: 1 to 15: 1, and most preferably in the range of 4: 1 to 10: 1.
Как правило, О2-макс горизонтальный тонкий слой будет располагаться около нижней части реакционной среды, тогда как О2-мин горизонтальный тонкий слой будет располагаться около верхней части реакционной среды. Предпочтительно О2-мин горизонтальный тонкий слой представляет собой один из 5 самых верхних горизонтальных тонких слоев из 30 дискретных горизонтальных тонких слоев. Наиболее предпочтительно О2-мин горизонтальный тонкий слой представляет собой один самый верхний слой из 30 дискретных горизонтальных тонких слоев, как показано на ФИГ. 26. Предпочтительно О2-макс горизонтальный тонкий слой представляет собой один из 10 самых нижних горизонтальных тонких слоев из 30 дискретных горизонтальных тонких слоев. Наиболее предпочтительно О2-макс горизонтальный тонкий слой представляет собой один из 5 самых нижних горизонтальных тонких слоев из 30 дискретных горизонтальных тонких слоев. Например, на ФИГ. 26 показан О2-макс горизонтальный тонкий слой в виде третьего горизонтального тонкого слоя от днища реактора. Предпочтительно, чтобы вертикальный промежуток между О2-мин и О2-макс горизонтальными тонкими слоями составлял, по меньшей мере, приблизительно 2W, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 4W и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 6W. Предпочтительно, чтобы вертикальный промежуток между О2-мин и О2-макс горизонтальными тонкими слоями составлял, по меньшей мере, приблизительно 0,2Н, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 0,4Н и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 0,6Н.Typically, the O 2 -max horizontal thin layer will be located near the lower part of the reaction medium, while the O 2 -min horizontal thin layer will be located near the upper part of the reaction medium. Preferably, the O 2 -min horizontal thin layer is one of the 5 uppermost horizontal thin layers of 30 discrete horizontal thin layers. Most preferably, the O 2 -min horizontal thin layer is one of the uppermost layers of 30 discrete horizontal thin layers, as shown in FIG. 26. Preferably, the O 2 -max horizontal thin layer is one of the 10 lowest horizontal thin layers of 30 discrete horizontal thin layers. Most preferably, the O 2 max horizontal thin layer is one of the 5 lowest horizontal thin layers of 30 discrete horizontal thin layers. For example, in FIG. 26 shows an O 2 -max horizontal thin layer in the form of a third horizontal thin layer from the bottom of the reactor. Preferably, the vertical gap between the O 2 min and O 2 max horizontal thin layers is at least about 2W, more preferably at least about 4W and most preferably at least 6W. Preferably, the vertical gap between the O 2 min and O 2 max horizontal thin layers is at least about 0.2 N, more preferably at least about 0.4 N and most preferably at least 0, 6H.
Усредненная по времени и усредненная по объему концентрация кислорода, из расчета на влажный кислород, О2-мин горизонтального тонкого слоя предпочтительно находится в интервале приблизительно от 0,1 до 3% мол., более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,3 до 2% мол. и наиболее предпочтительно в интервале от 0,5 до 1,5% мол. Усредненная по времени и усредненная по объему концентрация кислорода, из расчета на влажный кислород, О2-макс горизонтального тонкого слоя предпочтительно находится в интервале приблизительно от 4 до 20% мол., более предпочтительно в интервале приблизительно от 5 до 15% мол. и наиболее предпочтительно в интервале от 6 до 12% мол. Усредненная по времени концентрация кислорода, исходя из сухого кислорода, в газообразном выходящем потоке, выпускаемом из реактора через выпускное отверстие для газа, предпочтительно находится в интервале приблизительно от 0,5 до 9% мол., более предпочтительно в интервале от 1 до 7% мол. и наиболее предпочтительно в интервале от 1,5 до 5% мол.The time-averaged and volume-averaged oxygen concentration, based on wet oxygen, the O 2 -min horizontal thin layer is preferably in the range of about 0.1 to 3 mol%, more preferably in the range of about 0.3 to 2% pier and most preferably in the range from 0.5 to 1.5 mol%. The time-averaged and volume-averaged oxygen concentration, based on wet oxygen, the O 2 -max of the horizontal thin layer is preferably in the range of about 4 to 20 mol%, more preferably in the range of about 5 to 15 mol%. and most preferably in the range from 6 to 12 mol%. The time-averaged oxygen concentration, based on dry oxygen, in the gaseous effluent discharged from the reactor through the gas outlet is preferably in the range of about 0.5 to 9 mol%, more preferably in the range of 1 to 7 mol% . and most preferably in the range from 1.5 to 5 mol%.
Так как концентрация кислорода падает так значительно по направлению к верху реакционной среды, предпочтительно, чтобы потребление кислорода было уменьшено в верхней части реакционной среды. Такое уменьшенное потребление около верха реакционной среды может быть осуществлено за счет создания вертикального градиента концентраций способного к окислению соединения (например, пара-ксилола), где минимальная концентрация способного к окислению соединения находится около верха реакционной среды.Since the oxygen concentration drops so significantly towards the top of the reaction medium, it is preferable that the oxygen consumption is reduced in the upper part of the reaction medium. Such reduced consumption near the top of the reaction medium can be achieved by creating a vertical concentration gradient of the oxidizable compound (e.g., para-xylene), where the minimum concentration of the oxidizable compound is near the top of the reaction medium.
Что касается количественного определения градиента концентраций способного к окислению соединения (например, пара-ксилола), то реакционную среду теоретически распределяют на 30 дискретных горизонтальных тонких слоев равного объема, ОС-макс горизонтальный тонкий слой идентифицируют как слой, имеющий максимальную концентрацию способного к окислению соединения из всех 30 горизонтальных слоев, а ОС-мин горизонтальный тонкий слой идентифицируют как слой, имеющий минимальную концентрацию способного к окислению соединения из горизонтальных слоев, расположенных выше ОС-макс горизонтального тонкого слоя. Концентрации способного к окислению соединения в горизонтальных тонких слоях измеряют в жидкой фазе из расчета на усредненную по времени и усредненную по объему массовую долю. Предпочтительно, чтобы отношение концентрации способного к окислению соединения ОС-макс горизонтального тонкого слоя к концентрации способного к окислению соединения ОС-мин горизонтального тонкого слоя составляло больше чем приблизительно 5:1, более предпочтительно больше чем приблизительно 10:1, еще более предпочтительно больше чем приблизительно 20:1 и наиболее предпочтительно находилось в интервале от 40:1 до 1000:1.As for the quantitative determination of the concentration gradient of an oxidizable compound (for example, para-xylene), the reaction medium is theoretically distributed into 30 discrete horizontal thin layers of equal volume, the OS-max horizontal thin layer is identified as the layer having the maximum concentration of oxidizable compound from all 30 horizontal layers, and the OS-min horizontal thin layer is identified as a layer having a minimum concentration of oxidizable compounds from horizontal layers located above the OC-max horizontal thin layer. The concentrations of the oxidizable compound in thin horizontal layers are measured in the liquid phase based on a time-averaged and volume-averaged mass fraction. Preferably, the ratio of the concentration of the oxidizable compound OS-max horizontal thin layer to the concentration of the oxidizable compound OS-min horizontal thin layer is more than about 5: 1, more preferably more than about 10: 1, even more preferably more than about 20: 1 and most preferably ranged from 40: 1 to 1000: 1.
Как правило, ОС-макс горизонтальный тонкий слой будет располагаться около нижней части реакционной среды, тогда как ОС-мин горизонтальный тонкий слой будет располагаться около верхней части реакционной среды. Предпочтительно ОС-мин горизонтальный тонкий слой представляет собой один из 5 самых верхних горизонтальных тонких слоев из 30 дискретных горизонтальных тонких слоев. Наиболее предпочтительно ОС-мин горизонтальный тонкий слой представляет собой самый верхний слой из 30 дискретных горизонтальных тонких слоев, как показано на ФИГ. 26. Предпочтительно ОС-макс горизонтальный тонкий слой представляет собой один из 10 самых нижних горизонтальных тонких слоев из 30 дискретных горизонтальных тонких слоев. Наиболее предпочтительно ОС-макс горизонтальный тонкий слой представляет собой один из 5 самых нижних горизонтальных тонких слоев из 30 дискретных горизонтальных тонких слоев. Например, на ФИГ. 26 показан ОС-макс горизонтальный тонкий слой в виде пятого от днища реактора горизонтального тонкого слоя. Предпочтительно, чтобы вертикальный промежуток между ОС-мин и ОС-макс горизонтальными тонкими слоями составлял, по меньшей мере, приблизительно 2W, где W является максимальной шириной реакционной среды. Более предпочтительно вертикальный промежуток между ОС-мин и ОС-макс горизонтальными тонкими слоями составляет, по меньшей мере, приблизительно 4W и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 6W. При данной высоте Н реакционной среды предпочтительно, чтобы вертикальный промежуток между ОС-мин и ОС-макс горизонтальными тонкими слоями составлял, по меньшей мере, приблизительно 0,2Н, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 0,4Н и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 0,6Н.Typically, the OS-max horizontal thin layer will be located near the lower part of the reaction medium, while the OS-min horizontal thin layer will be located near the upper part of the reaction medium. Preferably, the OS-min horizontal thin layer is one of the 5 uppermost horizontal thin layers of 30 discrete horizontal thin layers. Most preferably, the OS-min horizontal thin layer is the uppermost layer of 30 discrete horizontal thin layers, as shown in FIG. 26. Preferably, the OS-max horizontal thin layer is one of the 10 lowest horizontal thin layers of 30 discrete horizontal thin layers. Most preferably, the OS-max horizontal thin layer is one of the 5 lowest horizontal thin layers of 30 discrete horizontal thin layers. For example, in FIG. 26 shows an OS-max horizontal thin layer in the form of a fifth horizontal thin layer from the reactor bottom. Preferably, the vertical gap between OC-min and OC-max of horizontal thin layers is at least about 2W, where W is the maximum width of the reaction medium. More preferably, the vertical gap between OC-min and OC-max of horizontal thin layers is at least about 4W and most preferably at least 6W. At a given height H of the reaction medium, it is preferred that the vertical gap between OC-min and OC-max of horizontal thin layers is at least about 0.2 N, more preferably at least about 0.4 N and most preferably at least least 0.6N.
Усредненная по времени и усредненная по объему концентрация способного к окислению соединения (например, пара-ксилола) в жидкой фазе ОС-мин горизонтального тонкого слоя составляет предпочтительно менее чем приблизительно 5000 масс.ч./млн, более предпочтительно менее чем приблизительно 2000 масс.ч./млн, еще более предпочтительно менее чем приблизительно 400 масс.ч./млн и наиболее предпочтительно находится в интервале от 1 до 100 масс.ч./млн. Усредненная по времени и усредненная по объему концентрация способного к окислению соединения в жидкой фазе ОС-макс горизонтального тонкого слоя предпочтительно находится в интервале приблизительно от 100 до 10000 масс.ч./млн, более предпочтительно в интервале приблизительно от 200 до 5000 масс.ч./млн и наиболее предпочтительно в интервале от 500 до 3000 масс.ч./млн.The time-averaged and volume-averaged concentration of an oxidizable compound (e.g., para-xylene) in the OS-min liquid phase of the horizontal thin layer is preferably less than about 5,000 ppm, more preferably less than about 2,000 ppm. ./mln, even more preferably less than about 400 parts by weight per million, and most preferably is in the range from 1 to 100 parts by weight per million. The time-averaged and volume-averaged concentration of the oxidizable compound in the liquid phase of the OS-max horizontal thin layer is preferably in the range of about 100 to 10,000 parts by weight, more preferably in the range of about 200 to 5,000 parts by weight. / million and most preferably in the range from 500 to 3000 parts by weight / million
Хотя предпочтительно, чтобы реактор по типу барботажной колонны создавал вертикальные градиенты концентраций способного к окислению соединения, также предпочтительно, чтобы объемный процент реакционной среды, имеющей концентрацию способного к окислению соединения в жидкой фазе выше 1000 масс.ч./млн, был минимизирован. Предпочтительно усредненный по времени объемный процент реакционной среды, имеющей концентрацию способного к окислению соединения в жидкой фазе свыше 1000 масс.ч./млн, составляет менее чем приблизительно 9%, более предпочтительно менее чем приблизительно 6%, и наиболее предпочтительно менее чем 3%. Предпочтительно усредненный по времени объемный процент реакционной среды, имеющей концентрацию способного к окислению соединения в жидкой фазе свыше 2500 масс.ч./млн, составляет менее чем приблизительно 1,5%, более предпочтительно менее чем приблизительно 1% и наиболее предпочтительно менее чем 0,5%. Предпочтительно усредненный по времени объемный процент реакционной среды, имеющей концентрацию способного к окислению соединения в жидкой фазе свыше 10000 масс.ч./млн, составляет менее чем приблизительно 0,3%, более предпочтительно менее чем приблизительно 0,1% и наиболее предпочтительно менее чем 0,03%. Предпочтительно усредненный по времени объемный процент реакционной среды, имеющей концентрацию способного к окислению соединения в жидкой фазе свыше 25000 масс.ч./млн, составляет менее чем приблизительно 0,03%, более предпочтительно менее чем приблизительно 0,015% и наиболее предпочтительно менее чем 0,007%. Установлено, что не требуется, чтобы объем реакционной среды, имеющей повышенные уровни способного к окислению соединения, находился в одном сплошном объеме. Во многих случаях хаотичная схема потоков в реакционной емкости по типу барботажной колонны дает одновременно две или более сплошных, но изолированных частей реакционной среды, имеющей повышенные уровни способного к окислению соединения. При каждом времени, используемом при усреднении по времени, все такие сплошные, но изолированные объемы больше чем 0,0001% об. от всей реакционной среды, складывают вместе, чтобы определить общий объем, имеющий повышенные уровни концентраций способного к окислению соединения в жидкой фазе.Although it is preferred that the bubble column reactor generates vertical concentration gradients of the oxidizable compound, it is also preferred that the volume percent of the reaction medium having the oxidizable compound in the liquid phase is higher than 1000 ppm by weight. Preferably, the time-averaged volume percent of the reaction medium having a concentration of the oxidizable compound in the liquid phase of more than 1000 ppmw is less than about 9%, more preferably less than about 6%, and most preferably less than 3%. Preferably, the time-averaged volume percent of the reaction medium having a concentration of the oxidizable compound in the liquid phase of more than 2500 ppm is less than about 1.5%, more preferably less than about 1% and most preferably less than 0, 5%. Preferably, the time-averaged volume percent of the reaction medium having a concentration of the oxidizable compound in the liquid phase of more than 10000 ppm is less than about 0.3%, more preferably less than about 0.1% and most preferably less than 0.03%. Preferably, the time-averaged volume percent of the reaction medium having a concentration of the oxidizable compound in the liquid phase of more than 25,000 ppm is less than about 0.03%, more preferably less than about 0.015% and most preferably less than 0.007% . It has been found that it is not required that the volume of the reaction medium having elevated levels of the oxidizable compound be in one continuous volume. In many cases, the chaotic flow pattern in the reaction vessel as a bubble column gives simultaneously two or more solid, but isolated parts of the reaction medium having elevated levels of oxidizable compound. For each time used in time averaging, all such continuous but isolated volumes are more than 0.0001% vol. from the entire reaction medium are added together to determine the total volume having elevated levels of concentrations of the oxidizable compound in the liquid phase.
Помимо градиентов концентраций кислорода и способного к окислению соединения, обсуждавшихся выше, предпочтительно, чтобы в реакционной среде существовал температурный градиент. Если рассмотреть снова ФИГ. 26, то этот температурный градиент можно количественно определить способом, аналогичным способу определения градиентов концентраций, путем распределения реакционной среды на 30 дискретных горизонтальных тонких слоев равного объема и измерения усредненной по времени и усредненной по объему температуры каждого тонкого слоя. Затем горизонтальный тонкий слой с самой низкой температурой из наиболее низких 15 горизонтальных тонких слоев может быть идентифицирован как Т-мин горизонтальный тонкий слой, а горизонтальный тонкий слой, расположенный выше Т-мин горизонтального тонкого слоя и имеющий максимальную температуру из всех тонких слоев выше Т-мин горизонтального тонкого слоя, может быть идентифицирован как «Т-макс горизонтальный тонкий слой». Предпочтительно, чтобы температура Т-макс горизонтального тонкого слоя была, по меньшей мере, на 1ºC выше, чем температура Т-мин горизонтального тонкого слоя. Более предпочтительно температура Т-макс горизонтального тонкого слоя находится в интервале приблизительно от 1,25 до 12ºС выше, чем температура Т-мин горизонтального тонкого слоя. Наиболее предпочтительно температура Т-макс горизонтального тонкого слоя находится в интервале приблизительно от 2 до 8ºС выше, чем температура Т-мин горизонтального тонкого слоя. Температура Т-макс горизонтального тонкого слоя предпочтительно находится в интервале приблизительно от 125 до 200ºС, более предпочтительно в интервале приблизительно от 140 до 180ºС и наиболее предпочтительно в интервале от 150 до 170ºС.In addition to the gradients of oxygen concentrations and the oxidizable compound discussed above, it is preferred that a temperature gradient exist in the reaction medium. If you consider again FIG. 26, this temperature gradient can be quantified in a manner analogous to the method for determining concentration gradients by distributing the reaction medium into 30 discrete horizontal thin layers of equal volume and measuring the time-averaged and volume-averaged temperature of each thin layer. Then the horizontal thin layer with the lowest temperature of the lowest 15 horizontal thin layers can be identified as T-min horizontal thin layer, and the horizontal thin layer located above the T-min horizontal thin layer and having the maximum temperature of all thin layers above T- min horizontal thin layer, can be identified as "T-max horizontal thin layer". Preferably, the T-max temperature of the horizontal thin layer is at least 1 ° C higher than the T-min temperature of the horizontal thin layer. More preferably, the temperature T-max of the horizontal thin layer is in the range of about 1.25 to 12 ° C. higher than the temperature T-min of the horizontal thin layer. Most preferably, the T-max temperature of the horizontal thin layer is in the range of about 2 to 8 ° C. higher than the T-min temperature of the horizontal thin layer. The temperature T-max of the horizontal thin layer is preferably in the range of about 125 to 200 ° C, more preferably in the range of about 140 to 180 ° C, and most preferably in the range of 150 to 170 ° C.
Как правило, Т-макс горизонтальный тонкий слой будет располагаться около центра реакционной среды, тогда как Т-мин горизонтальный тонкий слой будет располагаться около нижней части реакционной среды. Предпочтительно Т-мин горизонтальный тонкий слой представляет собой один из 10 самых нижних горизонтальных тонких слоев из 15 самых нижних горизонтальных тонких слоев. Наиболее предпочтительно Т-мин горизонтальный тонкий слой представляет собой один из 5 самых нижних горизонтальных тонких слоев из 15 самых нижних горизонтальных тонких слоев. Например, ФИГ. 26 показывает Т-мин горизонтальный тонкий слой как второй от днища реактора горизонтальный тонкий слой. Предпочтительно Т-макс горизонтальный тонкий слой представляет собой один из 20 средних горизонтальных тонких слоев из 30 дискретных горизонтальных тонких слоев. Наиболее предпочтительно Т-мин горизонтальный тонкий слой представляет собой один из 14 средних горизонтальных тонких слоев из 30 дискретных горизонтальных тонких слоев. Например, на ФИГ. 26 показан Т-макс горизонтальный тонкий слой в виде двадцатого от днища реактора горизонтального тонкого слоя (то есть одного из 10 средних горизонтальных тонких слоев). Предпочтительно, чтобы вертикальный промежуток между Т-мин и Т-макс горизонтальными тонкими слоями составлял, по меньшей мере, приблизительно 2W, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 4W и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 6W. Предпочтительно, чтобы вертикальный промежуток между Т-мин и Т-макс горизонтальными тонкими слоями составлял, по меньшей мере, приблизительно 0,2Н, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 0,4Н и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 0,6Н.Typically, the T-max horizontal thin layer will be located near the center of the reaction medium, while the T-min horizontal thin layer will be located near the bottom of the reaction medium. Preferably, the T-min horizontal thin layer is one of the 10 lowest horizontal thin layers of the 15 lowest horizontal thin layers. Most preferably, the T-min horizontal thin layer is one of the 5 lowest horizontal horizontal thin layers of the 15 lowest horizontal thin layers. For example, FIG. 26 shows the T-min horizontal thin layer as the second horizontal thin layer from the bottom of the reactor. Preferably, the T-max horizontal thin layer is one of 20 middle horizontal thin layers of 30 discrete horizontal thin layers. Most preferably, the T-min horizontal thin layer is one of 14 middle horizontal thin layers of 30 discrete horizontal thin layers. For example, in FIG. 26 shows a T-max horizontal thin layer in the form of the twentieth horizontal thin layer (i.e., one of 10 middle horizontal thin layers) from the bottom of the reactor. Preferably, the vertical gap between the T-min and T-max horizontal thin layers is at least about 2W, more preferably at least about 4W and most preferably at least 6W. Preferably, the vertical gap between the T-min and T-max horizontal thin layers is at least about 0.2 N, more preferably at least about 0.4 N and most preferably at least 0.6 N.
Как описано выше, когда в реакционной зоне существует вертикальный температурный градиент, он может обеспечивать преимущества выведения реакционной среды в поднятом по высоте местоположении, где температура реакционной среды является наиболее высокой, особенно когда выведенный продукт подвергается дополнительной обработке по направлению потока при более высоких температурах. Следовательно, когда реакционную среду 36 выводят из реакционной зоны через одно или несколько поднятых по высоте выпускных отверстий, как показано на ФИГ. 15 и 16, предпочтительно, чтобы поднятое(ые) по высоте выпускное(ые) отверстие(я) располагало(и)сь около Т-макс горизонтального тонкого слоя. Предпочтительно поднятое по высоте выпускное отверстие располагается в пределах 10 горизонтальных тонких слоев Т-макс горизонтального тонкого слоя, более предпочтительно в пределах 5 горизонтальных тонких слоев Т-макс горизонтального тонкого слоя и наиболее предпочтительно в пределах 2 горизонтальных тонких слоев Т-макс горизонтального тонкого слоя.As described above, when there is a vertical temperature gradient in the reaction zone, it can provide the advantages of removing the reaction medium at a height-elevated location where the temperature of the reaction medium is highest, especially when the withdrawn product is subjected to further processing in the flow direction at higher temperatures. Therefore, when the
Следует отметить, что много заявленных признаков, описанных в настоящем изобретении, может быть использовано в составных реакторных системах окисления - не только для системы, в которой используется один реактор окисления. Кроме того, некоторые заявленные признаки, описанные в настоящем изобретении, могут быть использованы в реакторах окисления с механическим перемешиванием и/или с перемешиванием потоком - не только в реакторах с использованием пузырькового перемешивания (то есть в реакторах по типу барботажной колонны). Например, раскрыты некоторые преимущества, связанные со ступенчатой/переменной концентрацией кислорода и/или скоростью потребления кислорода по всей реакционной среде. Преимущества, реализуемые за счет ступенчатой концентрации/поглощения кислорода в реакционной среде, могут быть достигнуты независимо от того, содержится ли весь объем реакционной среды в одной емкости или во множестве емкостей. Кроме того, преимущества, реализуемые за счет ступенчатой концентрации/потребления кислорода в реакционной среде, могут быть достигнуты независимо от того, является(ются) ли реакционная(ые) емкость(и) механически перемешиваемой(ыми), перемешиваемой(ыми) потоком и/или перемешиваемой(ыми) пузырьками.It should be noted that many of the claimed features described in the present invention can be used in composite reactor oxidation systems - not only for systems that use a single oxidation reactor. In addition, some of the claimed features described in the present invention can be used in oxidation reactors with mechanical stirring and / or with stirring with a stream - not only in reactors using bubble mixing (i.e. in bubble column reactors). For example, several advantages are disclosed associated with a stepwise / variable oxygen concentration and / or oxygen consumption rate throughout the reaction medium. The advantages realized by the stepwise concentration / absorption of oxygen in the reaction medium can be achieved regardless of whether the entire volume of the reaction medium is contained in one vessel or in multiple vessels. In addition, the benefits realized by the stepwise concentration / consumption of oxygen in the reaction medium can be achieved regardless of whether the reaction vessel (s) is mechanically agitated (s), agitated (s) by flow and / or mixed (s) bubbles.
Один из методов количественной оценки ступенчатого изменения концентрации кислорода и/или скорости потребления кислорода в реакционной среде состоит в сравнении двух или нескольких дискретных 20%-ных сплошных объемов реакционной среды. Такие 20%-ные дискретные сплошные объемы не требуют ограничения какой-либо конкретной формой. Однако каждый 20%-ный сплошной объем должен быть образован непрерывным объемом реакционной среды (то есть каждый объем является «сплошным»), и 20%-ные сплошные объемы не должны перекрываться друг с другом (то есть объемы являются «дискретными»). Такие дискретные 20%-ные сплошные объемы могут быть расположены в одном и том же реакторе (ФИГ. 29) или во множестве реакторов. На ФИГ. 27 реактор по типу барботажной колонны показан как содержащий реакционную среду, которая включает первый дискретный 20%-ный сплошной объем 37 и второй дискретный 20%-ный сплошной объем 39.One method for quantifying the stepwise change in oxygen concentration and / or oxygen consumption rate in a reaction medium is to compare two or more discrete 20% continuous volumes of the reaction medium. Such 20% discrete continuous volumes do not require any particular form of limitation. However, each 20% continuous volume must be formed by a continuous volume of the reaction medium (that is, each volume is “continuous”), and the 20% continuous volumes must not overlap with each other (that is, the volumes are “discrete”). Such discrete 20% continuous volumes may be located in the same reactor (FIG. 29) or in multiple reactors. In FIG. 27, a bubble column reactor is shown as containing a reaction medium that includes a first discrete 20%
Ступенчатое изменение доступности кислорода в реакционной среде может быть оценено количественно со ссылкой на 20%-ный сплошной объем реакционной среды, имеющий наиболее обогащенную мольную долю кислорода в газовой фазе, и со ссылкой на 20%-ный сплошной объем реакционной фазы, имеющий наиболее обедненную мольную долю кислорода в газовой фазе. В газовой фазе дискретного 20%-ного сплошного объема реакционной среды, содержащего самую высокую концентрацию кислорода в газовой фазе, усредненная по времени и усредненная по объему концентрация кислорода из расчета на влажный кислород предпочтительно находится в интервале приблизительно от 3 до 18% мол., более предпочтительно в интервале приблизительно от 3,5 до 14% мол. и наиболее предпочтительно в интервале от 4 до 10% мол. В газовой фазе дискретного 20%-ного сплошного объема реакционной среды, содержащего самую низкую концентрацию кислорода в газовой фазе, усредненная по времени и усредненная по объему концентрация кислорода из расчета на влажный кислород, предпочтительно находится в интервале приблизительно от 0,3 до 5% мол., более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,6 до 4% мол. и наиболее предпочтительно в интервале от 0,9 до 3% мол. Кроме того, отношение усредненной по времени и усредненной по объему концентрации кислорода из расчета на влажный кислород в наиболее обогащенном 20%-ном сплошном объеме реакционной среды относительно наиболее обедненного 20%-ного сплошного объема реакционной среды предпочтительно находится в интервале приблизительно от 1,5:1 до 20:1, более предпочтительно в интервале приблизительно от 2:1 до 12:1 и наиболее предпочтительно в интервале от 3:1 до 9:1.A stepwise change in the availability of oxygen in the reaction medium can be quantified with reference to a 20% continuous volume of the reaction medium having the most enriched molar fraction of oxygen in the gas phase, and with reference to a 20% continuous volume of the reaction phase having the most depleted molar fraction of oxygen in the gas phase. In the gas phase of a discrete 20% continuous volume of the reaction medium containing the highest oxygen concentration in the gas phase, the time-averaged and volume-averaged oxygen concentration based on wet oxygen is preferably in the range of about 3 to 18 mol%, more preferably in the range of from about 3.5 to 14 mol%. and most preferably in the range from 4 to 10 mol%. In the gas phase of a discrete 20% continuous volume of the reaction medium containing the lowest concentration of oxygen in the gas phase, time averaged and volume averaged oxygen concentration based on wet oxygen, is preferably in the range of about 0.3 to 5 mol% ., more preferably in the range of from about 0.6 to 4 mol%. and most preferably in the range from 0.9 to 3 mol%. In addition, the ratio of the time-averaged and volume-averaged oxygen concentrations based on wet oxygen in the most enriched 20% continuous volume of the reaction medium relative to the most depleted 20% continuous volume of the reaction medium is preferably in the range of about 1.5: 1 to 20: 1, more preferably in the range of about 2: 1 to 12: 1, and most preferably in the range of 3: 1 to 9: 1.
Ступенчатое изменение скорости потребления кислорода в реакционной среде может быть количественно оценено в значениях СОС кислорода (кислород-STR), описанной ранее. Понятие «СОС кислорода» ранее описано в общем смысле (то есть из прогноза среднего значения СОС кислорода всей реакционной среды); однако СОС кислорода также может быть рассмотрена в локальном смысле (то есть для части реакционной среды), чтобы количественно оценить ступенчатое изменение потребления кислорода по всей реакционной среде.A step change in the rate of oxygen consumption in the reaction medium can be quantified in terms of oxygen SOS (oxygen-STR), as described previously. The concept of “oxygen SOS” was previously described in a general sense (that is, from a forecast of the average oxygen SOS of the entire reaction medium); however, the oxygen SOS can also be considered in the local sense (i.e., for a part of the reaction medium) in order to quantify the stepwise change in oxygen consumption throughout the reaction medium.
Установлено, что весьма полезно вызывать изменение СОС кислорода по всей реакционной среде в общей согласованности с желаемыми градиентами, раскрытыми в настоящем изобретении, относящимися к давлению в реакционной среде и мольной доле молекулярного кислорода в газовой фазе реакционной среды. Следовательно, предпочтительно, чтобы отношение СОС кислорода первого дискретного 20%-ного сплошного объема реакционной среды к СОС кислорода второго дискретного 20%-ного сплошного объема реакционной среды находилось в интервале приблизительно от 1,5:1 до 20:1, более предпочтительно в интервале приблизительно от 2:1 до 12:1 и наиболее предпочтительно в интервале от 3:1 до 9:1. В одном из вариантов изобретения «первый дискретный 20%-ный сплошной объем реакционной среды» располагается ближе, чем «второй дискретный 20%-ный сплошной объем реакционной среды» к местоположению, где молекулярный кислород изначально вводится в реакционную среду. Такие большие градиенты СОС кислорода желательны, независимо от того, находится ли реакционная среда частичного окисления в реакторе окисления по типу барботажной колонны или в любом другом типе реакционной емкости, где созданы градиенты давления и/или мольной доли молекулярного кислорода в газовой фазе в реакционной среде (например, в сосуде с механическим перемешиванием, имеющем множество вертикально расположенных зон перемешивания, достигнутых за счет использования множества лопастей, имеющих сильный радиальный поток, возможно дополненных горизонтальными дефлекторными устройствами, с потоком кислорода, поднимающимся, как правило, по направлению вверх от подачи около нижней части реакционной емкости, несмотря на то, что значительное обратное смешение потока окислителя может иметь место в пределах каждой вертикально расположенной зоны перемешивания и что некоторое обратное смешение потока окислителя может иметь место между примыкающими вертикально расположенными зонами перемешивания). То есть, когда существует градиент давления и/или мольной доли молекулярного кислорода в газовой фазе реакционной среды, заявители установили, что желательно создавать аналогичный градиент химического потребления растворенного кислорода с помощью раскрытых в изобретении средств.It has been found that it is very useful to induce a change in the oxygen concentration of the whole reaction medium in general agreement with the desired gradients disclosed in the present invention relating to the pressure in the reaction medium and the molar fraction of molecular oxygen in the gas phase of the reaction medium. Therefore, it is preferable that the ratio of the oxygen SOS of the first discrete 20% continuous volume of the reaction medium to the oxygen SOS of the second discrete 20% continuous volume of the reaction medium is in the range from about 1.5: 1 to 20: 1, more preferably in the range from about 2: 1 to 12: 1, and most preferably in the range from 3: 1 to 9: 1. In one embodiment of the invention, the “first discrete 20% continuous volume of the reaction medium” is closer than the “second discrete 20% continuous volume of the reaction medium” to the location where molecular oxygen is initially introduced into the reaction medium. Such large gradients of oxygen SOC are desirable, regardless of whether the partial oxidation reaction medium is in the oxidation reactor as a bubble column or in any other type of reaction vessel, where pressure and / or molar fractions of molecular oxygen in the gas phase in the reaction medium are created ( for example, in a vessel with mechanical stirring, having many vertically arranged mixing zones, achieved through the use of multiple blades having a strong radial flow, possibly up to filled with horizontal deflector devices, with an oxygen flow rising, as a rule, upward from the feed near the lower part of the reaction vessel, despite the fact that a significant back-mixing of the oxidizing stream can take place within each vertically located mixing zone and that some back-mixing oxidant flow may occur between adjacent vertically adjacent mixing zones). That is, when there is a gradient of pressure and / or molar fraction of molecular oxygen in the gas phase of the reaction medium, the applicants have found that it is desirable to create a similar gradient of chemical consumption of dissolved oxygen using the means disclosed in the invention.
Предпочтительным средством, вызывающим локальное измерение СОС кислорода, является контролирование местоположений подачи способного к окислению соединения и контролирование перемешивания жидкой фазы реакционной среды, чтобы контролировать градиенты концентрации способного к окислению соединения в соответствии с описанием настоящего изобретения. Другим полезным средством, вызывающим локальное изменение СОС кислорода, является изменение реакционной активности за счет создания локального колебания температуры и за счет изменения локальной смеси компонентов катализатора и растворителя (например, путем введения дополнительного газа, чтобы вызвать охлаждение испарением в определенной части реакционной среды; и путем добавления потока растворителя, содержащего более высокое количество воды, чтобы понизить активность в конкретной части реакционной среды).A preferred means of causing a local measurement of oxygen SOS is to control the feed locations of the oxidizable compound and to control the mixing of the liquid phase of the reaction medium in order to control the concentration gradients of the oxidizable compound in accordance with the description of the present invention. Another useful tool that causes a local change in oxygen SOS is to change the reaction activity by creating a local temperature fluctuation and by changing the local mixture of catalyst and solvent components (for example, by introducing additional gas to cause cooling by evaporation in a certain part of the reaction medium; and by adding a solvent stream containing a higher amount of water to reduce activity in a particular part of the reaction medium).
Когда реактор окисления имеет конфигурацию «реактор в реакторе», которая описана выше со ссылкой на ФИГ. 12-14, предпочтительно, чтобы градиенты концентраций, градиенты температур и градиенты СОС кислорода, описанные в настоящем изобретении со ссылкой на ФИГ. 26 и 27, были применимы к части реакционной среды, расположенной внутри внешнего реактора и снаружи внутреннего реактора (например, к реакционной среде 220а на ФИГ. 12).When the oxidation reactor has the configuration "reactor in the reactor", which is described above with reference to FIG. 12-14, it is preferable that the concentration gradients, temperature gradients and oxygen COS gradients described in the present invention with reference to FIG. 26 and 27 were applicable to a portion of the reaction medium located inside the external reactor and outside the internal reactor (for example, to the
Что касается ФИГ. 1-27, то окисление предпочтительно проводят в реакторе по типу барботажной колонны в условиях, которые сильно отличаются в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления, описанными в настоящем изобретении, от условий обычных реакторов окисления. При использовании реактора по типу барботажной колонны для проведения жидкофазного частичного окисления пара-ксилола до сырой терефталевой кислоты (СТК) в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления, описанными в изобретении, пространственные профили локальной реакционной интенсивности, локальной интенсивности испарения и локальной температуры, объединенные со схемами потоков жидкости в пределах реакционной зоны, и предпочтительные относительно низкие температуры окисления вносят вклад в образование частиц СТК, имеющих уникальные и полезные свойства.As for FIG. 1-27, the oxidation is preferably carried out in a bubble column reactor under conditions that are very different in accordance with the preferred embodiments described in the present invention from the conditions of conventional oxidation reactors. When using a bubble column reactor for conducting liquid-phase partial oxidation of para-xylene to crude terephthalic acid (CTK) in accordance with the preferred embodiments described in the invention, spatial profiles of local reaction intensity, local evaporation rate, and local temperature combined with flow patterns liquids within the reaction zone, and preferred relatively low oxidation temperatures contribute to the formation of STK particles having unique and useful properties.
На ФИГ. 28А и 28В представлены базовые частицы СТК, произведенные в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения. На ФИГ. 28А показаны базовые частицы СТК при увеличении в 500 раз, тогда как ФИГ. 28В детализирует изображение на одной из базовых частиц СТК и показывает эту частицу при увеличении в 2000 раз. Как, по-видимому, наиболее хорошо представлено на ФИГ. 28В, каждая базовая частица СТК, как правило, образована из большого числа маленьких, агломерированных субчастиц СТК, образуя в результате базовую частицу СТК с относительно высокой площадью поверхности, высокой пористостью, низкой плотностью и хорошей растворимостью. Если не оговорено особо, различные свойства заявляемой СТК, описанные ниже, измерены с использованием типичного образца СТК, где типичный образец весит, по меньшей мере, 1 грамм и/или образован, по меньшей мере, из 10000 отдельных частиц СТК. Базовые частицы СТК, как правило, имеют средний размер частиц в интервале приблизительно от 20 до 150 микрон, более предпочтительно в интервале приблизительно от 30 до 120 микрон и наиболее предпочтительно в интервале от 40 до 90 микрон. Субчастицы СТК обычно имеют средний размер частиц в интервале приблизительно от 0,5 до 30 микрон, более предпочтительно в интервале приблизительно от 1 до 15 микрон и наиболее предпочтительно в интервале от 2 до 5 микрон. Относительно высокая площадь поверхности базовых частиц СТК, показанных на ФИГ. 28А и 28В, может быть количественно оценена с использованием метода измерения площади поверхности по Браунауэру-Эмметту-Теллеру (БЭТ). Предпочтительно базовые частицы СТК имеют среднюю площадь поверхности по БЭТ, по меньшей мере, приблизительно 0,6 квадратного метра на грамм (м2/г). Более предпочтительно базовые частицы СТК имеют среднюю площадь поверхности по БЭТ в интервале приблизительно от 0,8 до 4 м2/г. Наиболее предпочтительно базовые частицы СТК имеют среднюю площадь поверхности по БЭТ в интервале приблизительно от 0,9 до 2 м2/г. Физические свойства (например, размер частиц, площадь поверхности по БЭТ, пористость и растворимость) базовых частиц СТК, полученных с помощью оптимизированного процесса окисления предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, позволяют проводить очистку частиц СТК с помощью более эффективных и/или экономичных способов, которые описаны далее более подробно со ссылкой на ФИГ. 31.In FIG. 28A and 28B illustrate STK base particles produced in accordance with one embodiment of the present invention. In FIG. 28A shows STK base particles at a magnification of 500 times, while FIG. 28B details the image on one of the STK base particles and shows this particle at 2000 times magnification. As, apparently, the most well represented in FIG. 28B, each STK base particle is typically composed of a large number of small, agglomerated STK subparticles, resulting in a STK base particle with relatively high surface area, high porosity, low density and good solubility. Unless otherwise specified, the various properties of the inventive STK described below are measured using a typical STK sample, where a typical sample weighs at least 1 gram and / or is formed from at least 10,000 individual STK particles. STK base particles typically have an average particle size in the range of about 20 to 150 microns, more preferably in the range of about 30 to 120 microns, and most preferably in the range of 40 to 90 microns. STC subparticles typically have an average particle size in the range of about 0.5 to 30 microns, more preferably in the range of about 1 to 15 microns, and most preferably in the range of 2 to 5 microns. The relatively high surface area of the base particles of the STC shown in FIG. 28A and 28B can be quantified using the Braunauer-Emmett-Teller (BET) method of measuring surface area. Preferably, the STK base particles have an average BET surface area of at least about 0.6 square meters per gram (m 2 / g). More preferably, the STK base particles have an average BET surface area in the range of about 0.8 to 4 m 2 / g. Most preferably, STK base particles have an average BET surface area in the range of about 0.9 to 2 m 2 / g. Physical properties (for example, particle size, BET surface area, porosity and solubility) of STK base particles obtained using the optimized oxidation process of the preferred embodiment of the present invention allow STK particles to be cleaned using more efficient and / or economical methods that are described hereinafter in more detail with reference to FIG. 31.
Значения среднего размера частиц, представленные выше, определены с использованием микроскопии в поляризованном свете и анализа изображения. Оборудование, используемое при анализе размера частиц, включает оптический микроскоп Nikon E800 c объективом 4х Plan Flour N.A. 0.13, цифровую камеру Spot RTTM и персональный компьютер с программным обеспечением для анализа изображения Image Pro PlusTM V4.5.0.19. Метод анализа размера частиц включает следующие основные стадии: (1) диспергирование порошков СТК в минеральном масле; (2) приготовление системы предметное стекло/покровное стекло для дисперсии; (3) изучение предметного стекла с использованием микроскопа в поляризованном свете (условия перекрещивающихся поляр - частицы проявляются в виде ярких объектов на темном фоне); (4) фиксация различных изображений для каждого образца препарата (размер поля=3×2,25 мм; размер пикселя = 1,84 мкм/пиксель); (5) проведение анализа изображения с помощью программного обеспечения Image Pro PlusTM; (6) перенос измерений частиц в сводную таблицу и (7) проведение статистического описания в сводной таблице. Стадия (5) «проведение анализа изображения с помощью программного обеспечения Image Pro PlusTM» включает подстадии: (а) установка порога изображения для определения белых частиц на черном фоне; (b) создание бинарного изображения; (с) прохождение однопроходного открытого светофильтра, чтобы убрать шум пикселя; (d) измерение всех частиц в изображении и (е) фиксация среднего диаметра, измеренного для каждой частицы. Программное обеспечение Image Pro PlusTM определяет средний диаметр отдельных частиц в виде среднечисленной длины диаметров частиц, измеренных при интервалах 2 градуса и проходящих через центр тяжести частицы. Стадия 7 «проведение статистического описания в сводной таблице» включает расчет объемно-взвешенного среднего размера частиц следующим образом. Объем каждой из n частиц в образце рассчитывают, как если бы она была сферической, с использованием pi/6*di^3; умножают объем каждой частицы на ее диаметр, чтобы найти pi/6*di^4; суммируют для всех частиц в образце значения pi/6*di^4; суммируют объемы всех частиц в образце и рассчитывают объемно-взвешенный диаметр частицы как сумму для всех n частиц в образце (pi/6*di^4), поделенную на сумму всех n частиц в образце (pi/6*di^3). Как используется в данном случае, «средний размер частиц» относится к объемно-взвешенному среднему размеру частиц, определенному в соответствии с описанным выше методом испытания; его также называют как D(4,3).The mean particle sizes given above are determined using polarized light microscopy and image analysis. The equipment used for particle size analysis includes a Nikon E800 optical microscope with a 4x Plan Flour NA 0.13 lens, a Spot RT TM digital camera, and a personal computer with Image Pro Plus TM V4.5.0.19 image analysis software. The method of particle size analysis includes the following main stages: (1) dispersing STK powders in mineral oil; (2) preparation of a slide / coverslip system for dispersion; (3) the study of a glass slide using a microscope in polarized light (conditions of intersecting polar - particles appear in the form of bright objects on a dark background); (4) fixing different images for each sample of the preparation (field size = 3 × 2.25 mm; pixel size = 1.84 μm / pixel); (5) carrying the image analysis using the software Image Pro Plus TM; (6) transferring particle measurements to a pivot table; and (7) carrying out a statistical description in a pivot table. Stage (5) “conducting image analysis using Image Pro Plus TM software” includes the following steps: (a) setting an image threshold to detect white particles on a black background; (b) creating a binary image; (c) passing a single pass open filter to remove pixel noise; (d) measuring all particles in the image; and (e) fixing the average diameter measured for each particle. Software Image Pro Plus TM defines mean diameter of individual particles as the number average length of diameters of the particles measured at 2 degree intervals and passing through the center of gravity of the particle.
Кроме того, стадия (7) включает выявление размеров частиц, для которых различные фракции всего объема образца имеют меньший размер. Например, D(v,0,1) представляет собой размер частиц, для которого 10% всего объема образца являются более мелкими и 90% являются более крупными; D(v,0,5) представляет собой размер частиц, для которого одна половина всего объема образца является более крупной и другая половина является более мелкой; D(v,0,9) представляет собой размер частиц, для которого 90% всего объема образца являются более мелкими; и т.д. Кроме того, стадия (7) включает расчет значения D(v,0,9) минус D(v,0,1), что в данном случае определяется как «разброс частиц по размерам»; и стадия (7) включает расчет величины разброса частиц по размерам, поделенной на D(4,3), что определяется в данном случае как «относительный разброс частиц по размерам».In addition, stage (7) involves the identification of particle sizes for which various fractions of the entire sample volume are smaller. For example, D (v, 0.1) is the particle size for which 10% of the total sample volume is smaller and 90% are larger; D (v, 0.5) is the particle size for which one half of the total volume of the sample is larger and the other half is smaller; D (v, 0.9) is the particle size for which 90% of the total sample volume is smaller; etc. In addition, stage (7) involves calculating the value of D (v, 0.9) minus D (v, 0.1), which in this case is defined as the “particle size dispersion”; and step (7) involves calculating the size dispersion of the particles divided by D (4.3), which is defined in this case as “relative particle size dispersion”.
Кроме того, предпочтительно, чтобы D(v,0,1) частиц СТК, измеренный, как описано выше, находился в интервале приблизительно от 5 до 65 микрон, более предпочтительно в интервале приблизительно от 15 до 55 мкм и наиболее предпочтительно в интервале от 25 до 45 мкм. Предпочтительно, чтобы D(v,0,5) частиц СТК, измеренный, как описано выше, находился в интервале приблизительно от 10 до 90 мкм, более предпочтительно в интервале приблизительно от 20 до 80 мкм и наиболее предпочтительно в интервале от 30 до 70 мкм. Предпочтительно, чтобы D(v,0,9) частиц СТК, измеренный, как описано выше, находился в интервале приблизительно от 30 до 150 мкм, более предпочтительно в интервале приблизительно от 40 до 130 мкм и наиболее предпочтительно в интервале от 50 до 110 мкм. Предпочтительно, чтобы относительный разброс частиц по размерам находился в интервале приблизительно от 0,5 до 2,0, более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,6 до 1,5 и наиболее предпочтительно в интервале от 0,7 до 1,3.In addition, it is preferable that the D (v, 0.1) STK particles measured as described above are in the range of about 5 to 65 microns, more preferably in the range of about 15 to 55 microns, and most preferably in the range of 25 up to 45 microns. Preferably, the D (v, 0.5) STK particles measured as described above are in the range of about 10 to 90 microns, more preferably in the range of about 20 to 80 microns, and most preferably in the range of 30 to 70 microns . Preferably, the D (v, 0.9) STK particles, measured as described above, are in the range of about 30 to 150 microns, more preferably in the range of about 40 to 130 microns, and most preferably in the range of 50 to 110 microns . Preferably, the relative particle size dispersion is in the range of about 0.5 to 2.0, more preferably in the range of about 0.6 to 1.5, and most preferably in the range of 0.7 to 1.3.
Значения площади поверхности по БЭТ, представленные выше, измерены на приборе Micromeritics ASAP2000 (Micromeritics Instrument Corporation of Norcross, GA). На первой стадии процесса измерения взвешивают 2-4 грамма образца частиц и сушат в вакууме при 50ºС. Затем образец помещают на коллектор для анализа газа и охлаждают до 77ºК. Измеряют изотерму адсорбции азота при 5 минимальных равновесных давлениях путем воздействия на образец известных объемов азота и измерения падения давления. Равновесные давления находятся приблизительно в интервале Р/Ро=0,01-0,20, где Р представляет собой равновесное давление и Ро представляет собой давление паров жидкого азота при 77К. Полученную изотерму затем изображают графически в соответствии со следующим уравнением БЭТ:The BET surface area values presented above were measured on a Micromeritics ASAP2000 instrument (Micromeritics Instrument Corporation of Norcross, GA). At the first stage of the measurement process, 2-4 grams of a sample of particles are weighed and dried in vacuum at 50 ° C. Then the sample is placed on the collector for gas analysis and cooled to 77ºK. The nitrogen adsorption isotherm is measured at 5 minimum equilibrium pressures by exposing the sample to known volumes of nitrogen and measuring the pressure drop. The equilibrium pressures are approximately in the range P / P o = 0.01-0.20, where P is the equilibrium pressure and P o is the vapor pressure of liquid nitrogen at 77K. The resulting isotherm is then plotted in accordance with the following BET equation:
где Va представляет собой объем газа, адсорбированного образцом при Р, Vm представляет собой объем газа, требуемый для покрытия всей поверхности образца одним слоем газа, и С представляет собой константу. Из полученного графика определяют Vm и С. Затем Vm переводят в площадь поверхности с использованием площади поперечного сечения азота при 77К с помощью выражения:where V a is the volume of gas adsorbed by the sample at P, V m is the volume of gas required to cover the entire surface of the sample with one layer of gas, and C is a constant. From the obtained graph, V m and C are determined. Then V m is transferred to the surface area using the nitrogen cross-sectional area at 77K using the expression:
где σ представляет собой площадь поперечного сечения азота при 77К, Т равна 77К, а R представляет собой газовую постоянную.where σ is the nitrogen cross-sectional area at 77K, T is 77K, and R is the gas constant.
Как упоминалось выше, СТК, полученная в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения, показывает превосходные характеристики растворимости относительно СТК, полученной с помощью других процессов. Такая повышенная степень растворения позволяет проводить очистку заявляемой СТК более эффективно и/или с помощью более эффективных процессов очистки. Следующее описание относится к способу, которым может быть количественно оценена скорость растворения СТК.As mentioned above, STK obtained in accordance with one of the variants of the present invention, shows excellent solubility characteristics relative to STK obtained by other processes. This increased degree of dissolution allows the cleaning of the inventive STK to be carried out more efficiently and / or using more efficient cleaning processes. The following description relates to a method by which STK dissolution rate can be quantified.
Скорость растворения известного количества твердых веществ в известном количестве растворителя при перемешивании смеси может быть определена по различным методикам. Используемый в данном случае метод, называемый «испытанием рассчитанного по времени растворения», описан ниже. В течение всего испытания рассчитанного по времени растворения используется давление окружающей среды приблизительно 0,1 МПа. В течение всего испытания рассчитанного по времени растворения используется температура окружающей среды приблизительно 22ºС. Кроме того, твердые вещества, растворитель и все оборудование для растворения полностью уравновешивают термически при этой температуре до начала испытания, и во время проведения растворения отсутствует заметное нагревание или охлаждение химического стакана и его содержимого. Порцию растворителя, свежего тетрагидрофурана аналитического качества для ВЭЖХ (степень чистоты >99,9), далее ТГФ, составляющую 250 г, помещают в чистый высокий стеклянный химический стакан KIMAX объемом 400 мл (Kimble® номер партии 14020, Kimble/Kontes, Vineland, NJ), который является неизолированным, гладкостенным и имеет по существу цилиндрическую форму. Покрытую тефлоном магнитную мешалку (VWR номер партии 58948-230, приблизительно длиной 1 дюйм и диаметром 3/8 дюйма с восьмиугольным поперечным сечением, VWR International, West Chester, PA 19380) помещают в химический стакан, где она естественным образом оседает на дно. Образец перемешивают с использованием многоточечной на 15 точек магнитной мешалки Variomag® (H&P Labortechnik AG, Oberschleissheim, Germany) при настройке 800 об/мин. Такое перемешивание начинают не более чем за 5 минут до добавления твердых веществ и продолжают постоянно в течение, по меньшей мере, 30 минут после добавления твердых веществ. Твердый образец сырой или очищенной ТФК в виде частиц в количестве 250 мг взвешивают в весовой чашке, к которой образец не прилипает. При начальном времени, обозначенном как t=0, взвешенные твердые вещества вносят все одной порцией в перемешиваемый ТГФ и одновременно запускают таймер. По существу ТГФ очень быстро смачивает твердые вещества и образует разбавленную, хорошо перемешиваемую суспензию в течение 5 секунд. Затем отбирают образцы этой смеси при следующих промежутках времени, измеренных в минутах от t=0: 0,08, 0,25, 0,50, 0,75, 1,00, 1,50, 2,00, 2,50, 3,00, 4,00, 5,00, 6,00, 8,00, 10,00, 15,00 и 30,00. Каждый небольшой образец отбирают из разбавленной, хорошо перемешиваемой смеси с использованием нового одноразового шприца (Becton, Dickinson and Co., 5 мл, REF 30163, Franklin Lakes, NJ 07417). Сразу же после отбора из химического стакана приблизительно 2 мл прозрачного жидкого образца быстро выгружают через новый, неиспользованный шприцевой фильтр (диаметр 25 мм, 0,45 мкм, Gelman GHP Acrodisc GF®, Pall Corporation, East Hills, NY 11548) в новый помеченный стеклянный сосуд для образцов. Продолжительность каждого наполнения шприца, установки фильтра и выгрузки в сосуд для образцов составляет менее чем приблизительно 5 сек, и этот промежуток уместно начинать и заканчивать в пределах приблизительно 3 секунд от любой стороны каждого выбранного времени отбора образцов. В пределах приблизительно пяти минут от каждого наполнения сосуды для образцов закрывают крышкой и хранят при приблизительно постоянной температуре до проведения последующих химических анализов. После отбора последнего образца через 30 минут после t=0 все шесть образцов анализируют на количество растворенной ТФК с использованием метода ВЭЖХ-DAD, который в целом описан в данном описании далее. Однако в рассматриваемом тесте калибровочные стандарты и представленные результаты в обоих случаях основаны на миллиграммах растворенной ТФК на грамм растворителя, ТГФ (далее «ч/млн в ТГФ). Например, если все 250 мг твердых веществ представляют собой очень чистую ТФК и если это все количество полностью растворяется в 250 г ТГФ до отбора соответствующего образца, точная измеренная концентрация будет составлять 1000 ч./млн в ТГФ.The dissolution rate of a known amount of solids in a known amount of solvent while mixing the mixture can be determined by various methods. The method used in this case, called the “timed dissolution test”, is described below. An ambient pressure of approximately 0.1 MPa is used throughout the entire timed dissolution test. An ambient temperature of approximately 22 ° C is used throughout the entire timed dissolution test. In addition, solids, solvent and all dissolution equipment are fully thermally balanced at this temperature prior to the start of the test, and during dissolution there is no noticeable heating or cooling of the beaker and its contents. A portion of a solvent, fresh analytical grade tetrahydrofuran for HPLC (purity> 99.9), then a 250 g THF, were placed in a 400 ml KIMAX clean tall glass beaker (Kimble ® lot number 14020, Kimble / Kontes, Vineland, NJ ), which is non-insulated, smooth-walled and has a substantially cylindrical shape. A Teflon-coated magnetic stirrer (VWR lot number 58948-230, approximately 1 inch long and 3/8 inch diameter with an octagonal cross section, VWR International, West Chester, PA 19380) is placed in a beaker where it naturally settles to the bottom. The sample was mixed using a 15-point multi-point Variomag® magnetic stirrer (H&P Labortechnik AG, Oberschleissheim, Germany) at 800 rpm. This mixing is started no more than 5 minutes before the addition of solids and continues continuously for at least 30 minutes after adding solids. A solid sample of crude or purified TFA in the form of particles in an amount of 250 mg is weighed in a weight cup to which the sample does not adhere. At the initial time, denoted as t = 0, suspended solids contribute all in one portion to the mixed THF and at the same time start the timer. Essentially, THF wets solids very quickly and forms a diluted, well-mixed suspension within 5 seconds. Then samples of this mixture are taken at the following time intervals, measured in minutes from t = 0: 0.08, 0.25, 0.50, 0.75, 1.00, 1.50, 2.00, 2.50, 3.00, 4.00, 5.00, 6.00, 8.00, 10.00, 15.00 and 30.00. Each small sample was taken from a diluted, well-mixed mixture using a new disposable syringe (Becton, Dickinson and Co., 5 ml, REF 30163, Franklin Lakes, NJ 07417). Immediately after sampling from a beaker, approximately 2 ml of a clear liquid sample is quickly discharged through a new, unused syringe filter (25 mm diameter, 0.45 μm, Gelman GHP Acrodisc GF ® , Pall Corporation, East Hills, NY 11548) into a new labeled glass vessel for samples. The duration of each filling of the syringe, the installation of the filter and the discharge into the sample vessel is less than about 5 seconds, and this interval is appropriate to start and end within about 3 seconds from either side of each selected sampling time. Within approximately five minutes from each filling, the sample vessels are lidded and stored at approximately constant temperature until subsequent chemical analyzes. After the last sample was taken 30 minutes after t = 0, all six samples were analyzed for the amount of dissolved TFA using the HPLC-DAD method, which is generally described later in this description. However, in the test under consideration, the calibration standards and the results presented in both cases are based on milligrams of dissolved TFA per gram of solvent, THF (hereinafter “ppm in THF). For example, if all 250 mg of solids are very pure TFA and if all of this is completely dissolved in 250 g of THF before the selection of the appropriate sample, the exact measured concentration will be 1000 ppm in THF.
Когда СТК в соответствии с настоящим изобретением подвергают испытанию на рассчитанное по времени растворение, описанному выше, предпочтительно, чтобы образец, взятый через одну минуту после t=0, растворялся до концентрации, по меньшей мере, приблизительно 500 ч./млн в ТГФ, более предпочтительно, по меньшей мере, 600 ч./млн в ТГФ. Для образца, взятого через две минуты после t=0, предпочтительно, чтобы СТК в соответствии с настоящим изобретением растворялась до концентрации, по меньшей мере, приблизительно 700 ч./млн в ТГФ, более предпочтительно, по меньшей мере, 750 ч./млн в ТГФ. Для образца, взятого через четыре минуты после t=0, предпочтительно, чтобы СТК в соответствии с настоящим изобретением растворялась до концентрации, по меньшей мере, приблизительно 840 ч./млн в ТГФ, более предпочтительно, по меньшей мере, 880 ч/млн в ТГФ.When the STC in accordance with the present invention is subjected to the timed dissolution test described above, it is preferable that a sample taken one minute after t = 0 dissolves to a concentration of at least about 500 ppm in THF, more than preferably at least 600 ppm in THF. For a sample taken two minutes after t = 0, it is preferable that the STK in accordance with the present invention is dissolved to a concentration of at least about 700 ppm in THF, more preferably at least 750 ppm in THF. For a sample taken four minutes after t = 0, it is preferable that the STK in accordance with the present invention is dissolved to a concentration of at least about 840 ppm in THF, more preferably at least 880 ppm THF
Установлено, что относительно простая модель развития по отрицательной экспоненте может быть использована для описания временной зависимости всего набора данных для полного испытания на рассчитанное по времени растворение, несмотря на сложность образцов в форме частиц и процесса растворения. Форма уравнения, называемого далее «моделью рассчитанного по времени растворения», является следующей:It has been established that a relatively simple development model with a negative exponent can be used to describe the time dependence of the entire data set for a complete test for timed dissolution, despite the complexity of the samples in the form of particles and the dissolution process. The form of the equation, hereinafter referred to as the "model calculated by the time of dissolution", is as follows:
S=A+B*(1-exp(-C*t)),S = A + B * (1-exp (-C * t)),
где t - время в минутах;where t is the time in minutes;
S - растворимость в ч./млн в ТГФ при времени t;S is the solubility in ppm in THF at time t;
exp - экспоненциальная функция в основании натурального логарифма 2;exp is the exponential function at the base of the natural logarithm of 2;
А, В - неизменные константы в ч./млн в ТГФ, где А относится, главным образом, к быстрому растворению более мелких частиц за очень короткое время и где сумма А+В относится, главным образом, к общему количеству растворенного вещества в конце определенного периода испытания; иA, B are constant constants in ppm in THF, where A relates mainly to the rapid dissolution of smaller particles in a very short time and where the sum of A + B relates mainly to the total amount of solute at the end of a certain test period; and
С - неизменная временная константа в обратных минутах.C is the constant time constant in the return minutes.
Неизменные константы корректируют, чтобы свести до минимума сумму квадратов ошибок между точками фактических данных и соответствующих модельных значений, и этот метод обычно называют соответствием по «методу наименьших квадратов». Предпочтительным пакетом программ для этой регрессии данных является JMP Release 5.1.2 (SAS Institute Inc., JMP Software, SAS Campus Drive, Cary NC 27513).The constant constants are adjusted to minimize the sum of the squared errors between the points of the actual data and the corresponding model values, and this method is usually called the “least squares” fit. The preferred software package for this data regression is JMP Release 5.1.2 (SAS Institute Inc., JMP Software, SAS Campus Drive, Cary NC 27513).
Когда СТК в соответствии с настоящим изобретением испытывают с помощью испытания на рассчитанное по времени растворение и аппроксимируют к модели рассчитанного по времени растворения, как описано выше, предпочтительно, чтобы СТК имела временную константу «С» больше чем приблизительно 0,5 обратной минуты, более предпочтительно больше чем приблизительно 0,6 обратной минуты и наиболее предпочтительно больше чем 0,7 обратной минуты.When an STK according to the present invention is tested using a timed dissolution test and approximated to a timed dissolution model as described above, it is preferable that the STK has a time constant “C” of more than about 0.5 reverse minutes, more preferably more than about 0.6 reverse minutes and most preferably more than 0.7 reverse minutes.
На ФИГ. 29А и 29В представлена частица обычной СТК, полученная с помощью обычного высокотемпературного процесса окисления в непрерывном реакторе с перемешиванием (НРП). На ФИГ. 29А показана частица обычной СТК при 500-кратном увеличении, тогда как на ФИГ. 29В изображение увеличено, и частица СТК показана при увеличении в 2000 раз. Визуальное сравнение частиц заявленной СТК, представленных на ФИГ. 28А и 29В, и частиц обычной СТК, представленных на ФИГ. 29А и 29В, показывает, что частица обычной СТК имеет более высокую плотность, более низкую площадь поверхности, более низкую пористость и больший размер частиц, чем частицы заявленной СТК. Действительно, обычная СТК, представленная на ФИГ. 29А и 29В, имеет средний размер частиц приблизительно 205 мкм и площадь поверхности по БЭТ приблизительно 0,57 м2/г.In FIG. 29A and 29B show a particle of a conventional STC obtained using a conventional high-temperature oxidation process in a continuous stirred reactor (LRC). In FIG. 29A shows a particle of conventional STK at 500x magnification, whereas in FIG. 29B, the image is enlarged, and the STK particle is shown at 2000 times magnification. A visual comparison of the particles of the claimed STK presented in FIG. 28A and 29B, and particles of conventional STC shown in FIG. 29A and 29B shows that a conventional STK particle has a higher density, lower surface area, lower porosity and larger particle size than the particles of the claimed STK. Indeed, the conventional STC presented in FIG. 29A and 29B, has an average particle size of approximately 205 μm and a BET surface area of approximately 0.57 m 2 / g.
ФИГ. 30 иллюстрирует обычный процесс производства очищенной терефталевой кислоты (ОТК). В обычном процессе получения ОТК пара-ксилол частично окисляют в реакторе высокотемпературного окисления 700 с механическим перемешиванием. Суспензию, содержащую СТК, выводят из реактора 700 и затем очищают в системе очистки 702. Продукт, ОТК, системы очистки 702 вводят в систему разделения 706 для отделения и сушки частиц ОТК. Система очистки 702 вносит значительную часть в затраты, связанные с производством частиц ОТК обычными способами. Система очистки 702, как правило, включает систему добавления воды/обмена 708, систему растворения 710, систему гидрирования 712 и три отдельных кристаллизационных емкости 704а,b,c. В системе добавления воды/обмена 708 значительная часть маточной жидкости заменяется водой. После добавления воды суспензию вода/СТК вводят в систему растворения 710, где смесь вода/СТК нагревают до полного растворения частиц СТК в воде. После растворения СТК раствор СТК в воде подвергают гидрированию в системе гидрирования 712. Гидрированный выходящий поток из системы гидрирования 712 затем подвергают трем стадиям кристаллизации в кристаллизационных емкостях 704а,b,c, после чего выделяют ОТК в системе отделения 706.FIG. 30 illustrates a typical manufacturing process for purified terephthalic acid (OTC). In a typical OTC process, para-xylene is partially oxidized in a high-
ФИГ. 31 иллюстрирует усовершенствованный процесс производства ОТК, в котором используется реакторная система окисления, включающая реактор первичного окисления 800а и реактор вторичного окисления 800b. В конфигурации, представленной на ФИГ. 31, исходную суспензию получают из реактора первичного окисления 800а и затем подвергают очистке в системе очистки 802, в которой реактор вторичного окисления 800b является частью. Исходная суспензия, выведенная из реактора первичного окисления 800а, предпочтительно содержит частицы твердой СТК и жидкий маточный раствор. Как правило, исходная суспензия содержит в интервале приблизительно от 10 до 50% масс. частиц твердой СТК, причем остальное количество составляет жидкий маточный раствор. Частицы твердой СТК, присутствующие в исходной суспензии, выведенной из реактора первичного окисления 800а, как правило, содержат, по меньшей мере, приблизительно 400 масс.ч./млн 4-карбоксибензальдегида (4-КБА), более типично, по меньшей мере, приблизительно 800 масс.ч./млн 4-КБА и наиболее типично в интервале приблизительно от 1000 до 15000 масс.ч./млн 4-КБА.FIG. 31 illustrates an improved OTC manufacturing process that utilizes a reactor oxidation system including a primary oxidation reactor 800a and a
Система очистки 802 принимает начальную суспензию, выведенную из реактора первичного окисления 800а, и снижает концентрацию 4-КБА и других примесей, присутствующих в СТК. В системе очистки 802 получают более чистую/очищенную суспензию и эту суспензию подвергают отделению и сушке в системе отделения 804, в результате получая частицы более чистой твердой терефталевой кислоты, содержащие менее чем приблизительно 400 масс.ч./млн 4-КБА, более предпочтительно менее чем приблизительно 250 масс.ч./млн 4-КБА и наиболее предпочтительно в интервале приблизительно от 10 до 200 масс.ч./млн 4-КБА.
Система очистки 802 включает реактор вторичного окисления 800b, систему обмена жидкости 806, автоклав 808 и один кристаллизатор 810. В реакторе вторичного окисления 800b исходную суспензию подвергают окислению при температуре и давлении, которые приблизительно равны температуре и давлению в реакторе первичного окисления 800а. В системе обмена жидкости 806, по меньшей мере, 50% масс. маточной жидкости, присутствующей в суспензии, выведенной из реактора вторичного окисления 800b, заменяют свежим растворителем, чтобы в результате дает суспензию с растворителем, содержащую частицы СТК и растворитель. Суспензию с обмененным растворителем, выходящую из системы обмена жидкости 806, вводят в автоклав 808. В автоклаве 808 проводят дополнительную реакцию окисления при немного более высоких температурах, чем температуры, используемые в реакторе первичного окисления 800а.
Как описывалось выше, высокая площадь поверхности, небольшой размер частиц и низкая плотность частиц СТК, полученных в реакторе первичного окисления 800а, делают некоторые примеси, захваченные в частицы СТК, доступными для окисления в автоклаве 808 без необходимости полного растворения частиц СТК в автоклаве 808. Следовательно, температура в автоклаве 808 может быть ниже, чем во многих аналогичных процессах данной области техники. Дополнительное окисление, проводимое в автоклаве 808, предпочтительно снижает концентрацию 4-КБА в СТК, по меньшей мере, на 200 масс.ч./млн, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно на 400 масс.ч./млн, и наиболее предпочтительно снижение находится в интервале от 600 до 6000 масс.ч./млн. Предпочтительно температура сжигания в автоклаве 808, по меньшей мере, приблизительно на 10ºС выше, чем температура первичного окисления в реакторе 800а, более предпочтительно приблизительно на 20-80ºС выше, чем температура первичного окисления в реакторе 800а и наиболее предпочтительно на 30-50ºС выше, чем температура первичного окисления в реакторе 800а. Температура сжигания предпочтительно находится в интервале приблизительно от 160 до 240ºС, более предпочтительно в интервале приблизительно от 180 до 220ºС и наиболее предпочтительно в интервале приблизительно от 190 до 210ºС. Для очищенного продукта из автоклава 808 необходима только одна стадия кристаллизации в кристаллизаторе 810 перед выделением в системе отделения 804. Подходящие методики вторичного окисления/сжигания описаны более подробно в патентной заявке США № 2005/0065373, полное описание которой включено точно в качестве ссылки.As described above, the high surface area, small particle size, and low density of STK particles obtained in the primary oxidation reactor 800a make some impurities trapped in STK particles available for oxidation in an
Терефталевая кислота (например, ОТК), произведенная с помощью системы, представленной на ФИГ. 31, предпочтительно образует частицы, имеющие средний размер частиц, по меньшей мере, приблизительно 40 мкм, более предпочтительно в интервале приблизительно от 50 до 2000 мкм наиболее предпочтительно в интервале приблизительно от 60 до 200 мкм. Частицы ОТК предпочтительно имеют среднюю площадь поверхности по БЭТ менее чем приблизительно 0,25 м2/г, более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,005 до 0,2 м2/г и наиболее предпочтительно в интервале от 0,01 до 0,18 м2/г. ОТК, полученная с помощью системы, представленной на ФИГ. 31, приемлема для использования в качестве сырья для производства ПЭТ. Как правило, ПЭТ получают путем этерификации терефталевой кислоты этиленгликолем с последующей поликонденсацией. Предпочтительно терефталевая кислота, произведенная с помощью вариантов осуществления настоящего изобретения, применяется в качестве сырья для процесса производства ПЭТ в трубчатом реакторе, описанном в патентной заявке США с регистрационным № 10/013318, направленной на рассмотрение 7 декабря 2001, полное описание которой включено в качестве ссылки.Terephthalic acid (e.g., OTC) produced using the system of FIG. 31 preferably forms particles having an average particle size of at least about 40 microns, more preferably in the range of about 50 to 2000 microns, most preferably in the range of about 60 to 200 microns. The TCA particles preferably have an average BET surface area of less than about 0.25 m 2 / g, more preferably in the range of about 0.005 to 0.2 m 2 / g, and most preferably in the range of 0.01 to 0.18 m 2 / g OTC obtained using the system presented in FIG. 31 is acceptable for use as a raw material for the production of PET. Typically, PET is prepared by esterification of terephthalic acid with ethylene glycol followed by polycondensation. Preferably, terephthalic acid produced using embodiments of the present invention is used as a feedstock for the PET production process in a tubular reactor described in US Patent Application Serial No. 10/013318 for review on December 7, 2001, the entire disclosure of which is incorporated by reference .
Частицы ОТК с предпочтительной морфологией, описанные в данном изобретении, особенно могут быть использованы в описанном выше процессе окислительного сжигания для снижения содержания 4-КБА. Кроме того, такие предпочтительные частицы СТК обеспечивают преимущества в широком интервале других последующих процессов, в которых имеет место растворение и/или химическое взаимодействие частиц. Такие дополнительные последующие обработки включают, но не ограничиваются ими, реакцию, по меньшей мере, одного гидроксилсодержащего соединения с образованием сложноэфирных соединения, в особенности реакцию СТК с метанолом с образованием диметилтерефталата и примесных сложных эфиров; реакцию, по меньшей мере, с одним диолом с образованием сложноэфирных мономерных и/или полимерных соединений, в особенности реакцию СТК с этиленгликолем с образованием полиэтилентерефталата (ПЭТ); и полное или частичное растворение в растворителях, включая, но не ограничиваясь ими, воду, уксусную кислоту и N-метил-2-пирролидон, которые могут включать дополнительную обработку, в том числе, но без ограничения, повторное осаждение более чистой терефталевой кислоты и/или селективную химическую реакцию карбонильных групп, отличных от групп карбоновой кислоты. Особенно это относится к значительному растворению СТК в растворителе, содержащем воду, в сочетании с частичным гидрированием, что снижает количество альдегидов, в особенности 4-КБА, флуоренонов, фенонов и/или антрахинонов.Particles of OTC with a preferred morphology described in this invention, especially can be used in the above oxidative combustion process to reduce the content of 4-KBA. In addition, such preferred STC particles provide advantages over a wide range of other subsequent processes in which dissolution and / or chemical interaction of the particles takes place. Such further post-treatments include, but are not limited to, reacting the at least one hydroxyl-containing compound to form ester compounds, in particular the reaction of STK with methanol to form dimethyl terephthalate and impurity esters; a reaction with at least one diol to form ester monomeric and / or polymeric compounds, in particular a reaction of STK with ethylene glycol to form polyethylene terephthalate (PET); and complete or partial dissolution in solvents, including, but not limited to, water, acetic acid and N-methyl-2-pyrrolidone, which may include additional processing, including, but not limited to, re-precipitation of purer terephthalic acid and / or a selective chemical reaction of carbonyl groups other than carboxylic acid groups. This is especially true for the significant dissolution of STK in a solvent containing water, combined with partial hydrogenation, which reduces the amount of aldehydes, especially 4-KBA, fluorenones, phenons and / or anthraquinones.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения предлагается способ частичного окисления способного к окислению ароматического соединения до одного или нескольких типов ароматических карбоновых кислот, где чистота части растворителя в сырье (то есть «загрузки растворителя») и чистота части способного к окислению соединения в сырье (то есть «загрузки способного к окислению соединения») контролируется в пределах некоторых интервалов, конкретно определенных ниже. Наряду с другими вариантами настоящего изобретения это дает возможность контролировать чистоту жидкой фазы и, если они присутствуют, твердой фазы и объединенной суспензионной фазы (то есть твердое вещество плюс жидкость) реакционной среды в пределах определенных предпочтительных интервалов, описанных ниже.In accordance with one embodiments of the present invention, there is provided a method for partial oxidation of an oxidizable aromatic compound to one or more types of aromatic carboxylic acids, wherein the purity of a portion of the solvent in the feed (ie, “solvent charge”) and the purity of the portion of the oxidizable compound in the feed (i.e., “loading of the oxidizable compound”) is controlled within certain ranges specifically defined below. Along with other embodiments of the present invention, this makes it possible to control the purity of the liquid phase and, if present, the solid phase and the combined suspension phase (i.e., solid plus liquid) of the reaction medium within certain preferred ranges described below.
Что касается загрузки растворителя, то известно окисление способного(ых) к окислению ароматического(их) соединения(й) для получения ароматической карбоновой кислоты, где загрузка растворителя, введенного в реакционную среду, представляет собой смесь аналитически чистой уксусной кислоты и воды, как это часто используется в лабораторных условиях и в опытных установках. Аналогично, известно проведение окисления способного к окислению ароматического соединения до ароматической карбоновой кислоты, где растворитель, покидающий реакционную среду, отделяют от произведенной ароматической карбоновой кислоты и затем рециркулируют назад в реакционную среду в качестве загрузки растворителя, главным образом по причине стоимости производства. Такое рециркулирование растворителя со временем приводит к накоплению некоторых примесей сырья и побочных продуктов процесса в рециркулированном растворителе. В данной области техники известны различные средства, которые способствуют очистке рециркулированного растворителя перед повторным введением в реакционную среду. Как правило, более высокая степень очистки рециркулированного растворителя приводит к значительно более высокой стоимости производства, чем в случае более низкой степени очистки с помощью аналогичных средств. Один из вариантов осуществления настоящего изобретения относится к осмыслению и определению предпочтительных интервалов для большого числа примесей в загрузке растворителя, многие из которых прежде считались в значительной степени допустимыми, чтобы найти оптимальный баланс между суммарной стоимостью производства и общей чистотой продукта.Regarding the loading of the solvent, it is known to oxidize the oxidizable aromatic compound (s) (s) to produce aromatic carboxylic acid, where the loading of the solvent introduced into the reaction medium is a mixture of analytically pure acetic acid and water, as is often the case used in laboratory conditions and in pilot plants. Similarly, it is known to carry out the oxidation of an oxidizable aromatic compound to an aromatic carboxylic acid, where the solvent leaving the reaction medium is separated from the produced aromatic carboxylic acid and then recycled back to the reaction medium as solvent charge, mainly due to production costs. Such recycling of the solvent over time leads to the accumulation of some impurities in the feed and process by-products in the recycled solvent. Various means are known in the art that help purify the recycled solvent before reintroducing it into the reaction medium. Typically, a higher degree of purification of the recycled solvent leads to a significantly higher production cost than in the case of a lower degree of purification using similar means. One of the embodiments of the present invention relates to the interpretation and determination of preferred intervals for a large number of impurities in the loading of the solvent, many of which were previously considered to be largely acceptable in order to find the optimal balance between the total cost of production and the overall purity of the product.
«Загрузка рециркулированного растворителя» определяется в данном случае как загрузка растворителя, который ранее составлял часть реакционной среды, подвергнутой окислению в зоне/реакторе окисления, и вышел из зоны/реактора окисления в виде части сырого жидкого и/или суспензионного продукта. Например, загрузка рециркулированного растворителя в реакционную среду частичного окисления при окислении пара-ксилола с образованием ТФК представляет собой растворитель, который первоначально составлял часть реакционной среды частичного окисления, был удален из реакционной среды в виде жидкой фазы суспензии ТФК, отделен от большей части твердой ТФК и затем возвращен в реакционную среду частичного окисления. Как описано выше, такая загрузка рециркулированного растворителя имеет склонность к накоплению всех сортов нежелательных примесей, если не предусмотрены конкретные дополнительные технологические стадии для очистки растворителя при значительных капитальных и эксплуатационных затратах. По экономическим причинам предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, приблизительно 20% масс. загрузки растворителя в реакционную среду настоящего изобретения представляло собой рециркулированный растворитель, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 40% масс., еще более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 80% масс. и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 90% масс. На основании запаса растворителя и продолжительности рабочего цикла в промышленной установке предпочтительно, чтобы части рециркулированного растворителя проходили через реакционную среду, по меньшей мере, один раз за день работы, более предпочтительно, по меньшей мере, один раз в день в течение, по меньшей мере, семи последовательных дней работы и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, один раз в день в течение, по меньшей мере, 30 последовательных дней работы.“Recycled solvent charge” is defined herein as the charge of a solvent that previously formed part of the reaction medium that has been oxidized in the oxidation zone / reactor and has left the oxidation zone / reactor as part of a crude liquid and / or suspension product. For example, loading a recycled solvent into a partial oxidation reaction medium during the oxidation of para-xylene to form TFA is a solvent that initially formed part of the partial oxidation reaction medium, was removed from the reaction medium as a liquid phase of a suspension of TFA, separated from most of the solid TFA and then returned to the partial oxidation reaction medium. As described above, such a recycled solvent charge tends to accumulate all kinds of undesirable impurities unless specific additional process steps are provided for purifying the solvent at significant capital and operating costs. For economic reasons, it is preferable that at least about 20% of the mass. loading the solvent into the reaction medium of the present invention was a recycled solvent, more preferably at least about 40% by weight, even more preferably at least about 80% by weight. and most preferably at least about 90% of the mass. Based on the supply of solvent and the duration of the working cycle in an industrial plant, it is preferred that portions of the recycled solvent pass through the reaction medium at least once per day of operation, more preferably at least once a day for at least seven consecutive days of work, and most preferably at least once a day for at least 30 consecutive days of work.
На основании реакционной активности и с учетом металлических примесей, оставшихся в продукте окисления, установлено, что концентрации выбранных многовалентных металлов в загрузке рециркулированного растворителя предпочтительно находятся в пределах интервалов, конкретно указанных непосредственно ниже. Концентрация железа в рециркулированном растворителе предпочтительно находится ниже приблизительно 150 масс.ч./млн, более предпочтительно ниже приблизительно 40 масс.ч./млн и наиболее предпочтительно в интервале от 0 до 8 масс.ч./млн. Концентрация никеля в рециркулированном растворителе предпочтительно находится ниже приблизительно 150 масс.ч./млн, более предпочтительно ниже приблизительно 40 масс.ч./млн и наиболее предпочтительно в интервале от 0 до 8 масс.ч./млн. Концентрация хрома в рециркулированном растворителе предпочтительно находится ниже приблизительно 150 масс.ч./млн, более предпочтительно ниже приблизительно 40 масс.ч./млн и наиболее предпочтительно в интервале от 0 до 8 масс.ч./млн. Концентрация молибдена в рециркулированном растворителе предпочтительно находится ниже приблизительно 75 масс.ч./млн, более предпочтительно ниже приблизительно 20 масс.ч./млн и наиболее предпочтительно в интервале от 0 до 4 масс.ч./млн. Концентрация титана в рециркулированном растворителе предпочтительно находится ниже приблизительно 75 масс.ч./млн, более предпочтительно ниже приблизительно 20 масс.ч./млн и наиболее предпочтительно в интервале от 0 до 4 масс.ч./млн. Концентрация меди в рециркулированном растворителе предпочтительно находится ниже приблизительно 20 масс.ч./млн, более предпочтительно ниже приблизительно 4 масс.ч./млн и наиболее предпочтительно в интервале от 0 до 1 масс.ч./млн. Другие металлические примеси, как правило, также присутствуют в рециркулированном растворителе, и обычно их концентрация меняется на более низких уровнях относительно одного или нескольких перечисленных выше металлов. Контролирование перечисленных выше металлов в предпочтительных интервалах будет удерживать другие металлические примеси на приемлемых уровнях.Based on the reactivity and taking into account the metal impurities remaining in the oxidation product, it was found that the concentrations of the selected multivalent metals in the charge of the recycled solvent are preferably within the ranges specifically indicated immediately below. The concentration of iron in the recycled solvent is preferably below about 150 parts by weight per million, more preferably below about 40 parts by weight per million, and most preferably in the range from 0 to 8 parts by weight per million. The concentration of nickel in the recycled solvent is preferably below about 150 parts by weight per million, more preferably below about 40 parts by weight per million, and most preferably in the range from 0 to 8 parts by weight per million. The concentration of chromium in the recycled solvent is preferably below about 150 parts by weight per million, more preferably below about 40 parts by weight per million, and most preferably in the range from 0 to 8 parts by weight per million. The concentration of molybdenum in the recycled solvent is preferably below about 75 parts by weight / million, more preferably below about 20 parts by weight / million, and most preferably in the range from 0 to 4 parts by weight / million. The concentration of titanium in the recycled solvent is preferably below about 75 parts by weight / million, more preferably below about 20 parts by weight / million, and most preferably in the range from 0 to 4 parts by weight / million. The concentration of copper in the recycled solvent is preferably below about 20 parts by weight per million, more preferably below about 4 parts by weight per million, and most preferably in the range from 0 to 1 parts by weight per million. Other metallic impurities are typically also present in the recycled solvent, and usually their concentration varies at lower levels relative to one or more of the metals listed above. Controlling the above metals at preferred ranges will keep other metallic impurities at acceptable levels.
Такие металлы могут появляться в виде примесей в любом поступающем в процесс сырье (например, в поступающем способном к окислению соединении, в растворителе, в окислителе и в каталитических соединениях). С другой стороны, металлы могут появляться как продукты коррозии любой из установок процесса, контактирующей с реакционной средой и/или контактирующей с рециркулированным растворителем. Средства контролирования металлов в раскрытых интервалах концентраций включают соответствующие описание и мониторинг чистоты различного сырья и применение подходящих материалов конструкций, в том числе, но без ограничения ими, многих промышленных сортов титана и нержавеющей стали, в том числе сортов, известных как нержавеющие стали дуплекс-процесса и высоко молибденовые нержавеющие стали.Such metals can appear as impurities in any feedstock entering the process (for example, in a feedable oxidizable compound, in a solvent, in an oxidizing agent, and in catalytic compounds). On the other hand, metals can appear as corrosion products of any of the process units in contact with the reaction medium and / or in contact with the recycled solvent. Means for controlling metals in the disclosed concentration ranges include appropriate descriptions and monitoring of the purity of various raw materials and the use of suitable structural materials, including, but not limited to, many industrial grades of titanium and stainless steel, including grades known as duplex stainless steels and high molybdenum stainless steels.
Заявители также раскрывают предпочтительные интервалы для выбранных ароматических соединений в рециркулированном растворителе. Эти интервалы включают как осажденные, так и растворенные ароматические соединения в рециркулированном растворителе.Applicants also disclose preferred ranges for selected aromatic compounds in a recycled solvent. These ranges include both precipitated and dissolved aromatic compounds in a recycled solvent.
Неожиданно, но даже осажденный продукт (например, ТФК) частичного окисления пара-ксилола является загрязнителем, который необходимо контролировать в рециркулированном растворителе. Так как существуют неожиданно предпочтительные интервалы для уровней твердых веществ в реакционной среде, любой осажденный продукт в загрузке растворителя сразу вычитается из количества способного к окислению соединения, которое может быть подано совместно. Более того, подача осажденной твердой ТФК в рециркулированном растворителе при повышенных уровнях, как установлено, отрицательно влияет на свойства частиц, образованных в среде окисления с осаждением, что приводит к нежелательным свойствам в операциях в нисходящем потоке (например, на фильтрацию продукта, промывку растворителем, окислительное сжигание сырого продукта, растворение сырого продукта для последующей обработки и т.д.). Другим нежелательным свойством осажденных твердых веществ в загрузке рециркулированного растворителя является то, что они часто содержат очень высокие уровни осажденных примесей по сравнению с концентрациями примесей в объеме твердых веществ в суспензиях ТФК, из которых получена большая часть рециркулированного растворителя. Возможно, повышенные уровни примесей, наблюдаемые в твердых веществах, суспендированных в рециркулированном растворителе, могут быть связаны со временем зародышеобразования для осаждения некоторых примесей из рециркулированного растворителя и/или с охлаждением рециркулированного растворителя, или преднамеренно или вследствие внешних потерь. Например, концентрации интенсивно окрашенного и нежелательного 2,6-дикарбоксифлуоренона наблюдаются на значительно более высоких уровнях в твердых веществах, присутствующих в рециркулированном растворителе при 80ºС, чем в твердых веществах ТФК, отделенной от рециркулированного растворителя при 160ºС. Аналогично, концентрации изофталевой кислоты наблюдаются на значительно более высоких уровнях в твердых веществах, присутствующих в рециркулированном растворителе, по сравнению с уровнями, наблюдаемыми в твердых веществах ТФК из реакционной среды. Путь, по которому конкретные осажденные примеси вовлекаются в рециркулированный растворитель при повторном введении в реакционную среду, как оказывается, меняется. Это зависит, по-видимому, от относительной растворимости примеси в жидкой фазе реакционной среды, по-видимому, от того, как осажденная примесь напластована в пределах осажденных твердых веществ и, по-видимому, от локальной скорости осаждения ТФК, где твердое вещество изначально повторно поступает в реакционную среду. Таким образом, найдено полезным контролировать уровень некоторых примесей в рециркулированном растворителе, как описано ниже, без учета того, присутствуют ли эти примеси в рециркулированном растворителе в растворенной форме или вовлечены в материал в виде частиц, находящихся в нем.Unexpectedly, even the precipitated product (e.g. TFA) of the partial oxidation of para-xylene is a pollutant that must be controlled in a recycled solvent. Since there are unexpectedly preferred ranges for solids levels in the reaction medium, any precipitated product in the solvent charge is immediately subtracted from the amount of oxidizable compound that can be fed together. Moreover, the supply of precipitated solid TFA in a recycled solvent at elevated levels was found to adversely affect the properties of particles formed in the oxidation medium with precipitation, which leads to undesirable properties in downflow operations (for example, product filtration, solvent washing, oxidative combustion of the crude product, dissolution of the crude product for subsequent processing, etc.). Another undesirable property of precipitated solids in the charge of the recycled solvent is that they often contain very high levels of precipitated impurities compared to the concentration of impurities in the volume of solids in TFA suspensions, from which most of the recycled solvent is obtained. Possibly, the increased levels of impurities observed in solids suspended in a recycled solvent may be related to nucleation time for precipitation of some impurities from the recycled solvent and / or cooling of the recycled solvent, either intentionally or due to external losses. For example, concentrations of intensely colored and undesired 2,6-dicarboxyfluorenone are observed at significantly higher levels in solids present in the recycled solvent at 80 ° C than in TFA solids separated from the recycled solvent at 160 ° C. Similarly, isophthalic acid concentrations are observed at significantly higher levels in solids present in the recycled solvent, compared to levels observed in TFA solids from the reaction medium. The way in which the particular precipitated impurities are involved in the recycled solvent upon re-introduction into the reaction medium, as it turns out, changes. This depends, apparently, on the relative solubility of the impurity in the liquid phase of the reaction medium, apparently, on how the deposited impurity is bedded within the deposited solids and, apparently, on the local deposition rate of TFA, where the solid is initially repeatedly enters the reaction medium. Thus, it was found useful to control the level of certain impurities in the recycled solvent, as described below, without considering whether these impurities are present in the recycled solvent in dissolved form or are involved in the material in the form of particles contained therein.
Количество осажденных твердых веществ, присутствующих в рециркулированном растворителе, определяют гравиметрическим методом следующим образом. Типичный образец выводят из подачи растворителя в реакционную среду, пока растворитель протекает по трубопроводу к реакционной среде. Полезный размер образца составляет приблизительно 100 г, отобранные в стеклянный контейнер, имеющий приблизительно 250 мл внутреннего объема. Перед стравливанием до атмосферного давления, но, при непрерывном протекании в направлении контейнера для образца, рециркулированный растворитель охлаждают менее чем до 100ºС; такое охлаждение проводят для того, чтобы ограничить испарение растворителя в течение короткого интервала перед герметичным закрытием стеклянного контейнера. После забора образца при атмосферном давлении стеклянный контейнер сразу же герметично закрывают. Затем образцу дают остыть приблизительно до 20ºС при температуре окружающего воздуха приблизительно 20ºС и без принудительной конвенции. По достижении 20ºС образец выдерживают в таких условиях, по меньшей мере, приблизительно 2 часа. Затем герметично закрытый контейнер энергично встряхивают до достижения равномерного распределения твердых веществ. Сразу после этого в контейнер для образцов вносят магнитную мешалку и вращают при достаточной скорости, чтобы эффективно поддерживать равномерное распределение твердых веществ. Пипеткой отбирают аликвоту объемом 10 мл перемешанной жидкости с суспендированными твердыми веществами и взвешивают. Затем объем жидкой фазы из этой аликвоты отделяют вакуумной фильтрацией, все еще приблизительно при 20ºС и без потерь твердых веществ. Влажные твердые вещества, отфильтрованные из этой аликвоты, затем сушат без возгонки твердых веществ, и такие высушенные твердые вещества взвешивают. Отношение массы высушенных твердых веществ к массе исходной аликвоты суспензии представляет собой фракцию твердых веществ, как правило, выражаемую в процентах, и в данном случае эту фракцию называют количеством «твердых веществ, осажденных при 20ºС» в загрузке растворителя.The amount of precipitated solids present in the recycled solvent is determined by the gravimetric method as follows. A typical sample is removed from the solvent supply to the reaction medium while the solvent flows through a conduit to the reaction medium. The useful size of the sample is approximately 100 g, taken in a glass container having approximately 250 ml of internal volume. Before bleeding to atmospheric pressure, but, with continuous flow in the direction of the sample container, the recycled solvent is cooled to less than 100 ° C; such cooling is carried out in order to limit the evaporation of the solvent for a short period before hermetically closing the glass container. After sampling at atmospheric pressure, the glass container is immediately sealed. The sample is then allowed to cool to approximately 20 ° C at an ambient temperature of approximately 20 ° C and without forced convention. Upon reaching 20 ° C, the sample is kept under such conditions for at least about 2 hours. The hermetically sealed container is then shaken vigorously until a uniform distribution of solids is achieved. Immediately afterwards, a magnetic stirrer is introduced into the sample container and rotated at a sufficient speed to effectively maintain a uniform distribution of solids. A 10 ml aliquot of the mixed liquid with suspended solids was pipetted and weighed. Then the volume of the liquid phase from this aliquot is separated by vacuum filtration, still at approximately 20 ° C and without loss of solids. Wet solids filtered from this aliquot are then dried without sublimating the solids, and such dried solids are weighed. The ratio of the mass of dried solids to the mass of the original aliquot of the suspension is a fraction of solids, usually expressed as a percentage, and in this case this fraction is called the amount of “solids deposited at 20 ° C” in the solvent charge.
Заявители установили, что ароматические соединения, растворенные в жидкой фазе реакционной среды и содержащие ароматические карбоновые кислоты, не имеющие неароматических углеводородных групп (например, изофталевую кислоту, бензойную кислоту, фталевую кислоту, 2,5,4'-трикарбоксибифенил), неожиданно являются наносящими вред компонентами. Хотя такие соединения имеют значительно пониженную химическую активность в рассматриваемой реакционной среде по сравнению со способными к окислению соединениями, имеющими неароматические углеводородные группы, установлено, что эти соединения, тем не менее, подвергаются множеству вредных реакций. Следовательно, полезно контролировать содержание этих соединений в предпочтительных интервалах в жидкой фазе реакционной среды. Это приводит к предпочтительным интервалам выбранных соединений в загрузке рециркулированного растворителя, а также к предпочтительным интервалам выбранных предшественников в загрузке способного к окислению ароматического соединения.Applicants have found that aromatic compounds dissolved in the liquid phase of the reaction medium and containing aromatic carboxylic acids that do not have non-aromatic hydrocarbon groups (e.g. isophthalic acid, benzoic acid, phthalic acid, 2,5,4'-tricarboxybiphenyl) are unexpectedly harmful components. Although such compounds have significantly reduced chemical activity in the considered reaction medium compared to oxidizable compounds having non-aromatic hydrocarbon groups, it has been found that these compounds, however, undergo many harmful reactions. Therefore, it is useful to control the content of these compounds at preferred intervals in the liquid phase of the reaction medium. This leads to preferred ranges of the selected compounds in the charge of the recycled solvent, as well as to preferred intervals of the selected precursors in the charge of the oxidizable aromatic compound.
Например, при жидкофазном частичном окислении пара-ксилола до терефталевой кислоты (ТФК) заявители установили, что интенсивно окрашенная и нежелательная примесь 2,7-дикарбоксифлуоренон (2,7-ДКФ, 2,7-DCF) фактически не определима в реакционной среде, и продукт отводят, когда мета-замещенные ароматические соединения присутствуют в реакционной среде на очень низких уровнях. Установлено, что когда примесь изофталевой кислоты присутствует в загрузке растворителя в повышенных количествах, образование 2,7-ДКФ повышается почти прямо пропорционально. Установлено также, что когда примесь мета-ксилола присутствует в загрузке пара-ксилола, образование 2,7-ДКФ также повышается почти прямо пропорционально. Кроме того, установлено, что даже если загрузка растворителя и загрузка способного к окислению соединения освобождены от мета-замещенных ароматических соединений, некоторое количество изофталевой кислоты образуется во время типичного частичного окисления очень чистого пара-ксилола, особенно, когда бензойная кислота присутствует в жидкой фазе реакционной среды. Такая самообразованная изофталевая кислота вследствие ее более высокой растворимости, чем у ТФК, в растворителе, состоящем из уксусной кислоты и воды, со временем может накапливаться в промышленных установках, использующих рециркулированный растворитель. Следовательно, количество изофталевой кислоты в загрузке растворителя, количество мета-ксилола в загрузке способного к окислению соединения и скорость самообразования изофталевой кислоты в пределах реакционной среды, все соответствующим образом рассматриваются в балансе друг с другом и в балансе с любыми реакциями, которые потребляют изофталевую кислоту. Изофталевая кислота, как установлено, подвергается другим неэкономичным реакциям, помимо образования 2,7-ДКФ, которые описаны ниже. Кроме того, установлено, что существуют другие объекты для рассмотрения при установлении подходящих интервалов для мета-замещенных ароматических образцов при частичном окислении пара-ксилола до ТФК. Другие интенсивно окрашенные и нежелательные примеси, такие как 2,6-дикарбоксифлуоренон (2,6-ДКФ), как оказывается, в значительной степени связаны с растворенными пара-замещенными ароматическими образцами, которые всегда присутствуют в загрузке пара-ксилола при жидкофазном окислении. Следовательно, подавление образования 2,7-ДКФ лучше всего рассматривать с учетом уровня других произведенных окрашенных примесей.For example, in the liquid phase partial oxidation of para-xylene to terephthalic acid (TFA), the applicants found that the intensely colored and undesirable admixture of 2,7-dicarboxyfluorenone (2,7-DCF, 2,7-DCF) is practically not detectable in the reaction medium, and the product is withdrawn when meta-substituted aromatic compounds are present in the reaction medium at very low levels. It is established that when an admixture of isophthalic acid is present in the solvent charge in increased amounts, the formation of 2,7-DCF increases almost in direct proportion. It was also found that when an admixture of meta-xylene is present in the para-xylene charge, the formation of 2,7-DCF also increases almost in direct proportion. In addition, it has been found that even if the solvent charge and the charge of the oxidizable compound are freed from meta-substituted aromatic compounds, some isophthalic acid is formed during the typical partial oxidation of very pure para-xylene, especially when benzoic acid is present in the liquid phase of the reaction Wednesday. Such a self-formed isophthalic acid, due to its higher solubility than TPA, in a solvent consisting of acetic acid and water, can accumulate over time in industrial plants using a recycled solvent. Therefore, the amount of isophthalic acid in the solvent charge, the amount of meta-xylene in the charge of the oxidizable compound and the rate of self-formation of isophthalic acid within the reaction medium are all considered in balance with each other and in balance with any reactions that consume isophthalic acid. Isophthalic acid has been found to undergo other uneconomical reactions, in addition to the formation of 2,7-DCF, which are described below. In addition, it was found that there are other objects to consider when establishing suitable intervals for meta-substituted aromatic samples in the partial oxidation of para-xylene to TFA. Other intensely colored and undesirable impurities, such as 2,6-dicarboxyfluorenone (2,6-DCF), appear to be largely associated with dissolved para-substituted aromatic samples that are always present in the para-xylene charge during liquid phase oxidation. Therefore, suppression of the formation of 2,7-DCF is best considered with regard to the level of other produced colored impurities.
Например, при жидкофазном частичном окислении пара-ксилола до ТФК установлено, что образование тримеллитовой кислоты повышается по мере того, как в реакционной среде повышаются уровни изофталевой кислоты и фталевой кислоты. Тримеллитовая кислота представляет собой трифункциональную карбоновую кислоту, приводящую к разветвлению полимерных цепочек при производстве ПЭТ из ТФК. Во многих вариантах применения ПЭТ степень разветвления необходимо контролировать на низких уровнях и, следовательно, в очищенной ТФК тримеллитовую кислоту необходимо контролировать на низких уровнях. Помимо образования тримеллитовой кислоты присутствие в реакционной среде мета-замещенных и орто-замещенных образцов также приводит к появлению других трикарбоновых кислот (например, 1,3,5-трикарбоксибензола). Кроме того, повышенное присутствие трикарбоновых кислот в реакционной среде повышает образование тетракарбоновых кислот (например, 1,2,4,5-тетракарбоксибензола). Контролирование суммарного производства всех ароматических карбоновых кислот, имеющих более двух карбоксильных групп, является одним из факторов при установлении предпочтительных уровней мета-замещенных и орто-замещенных образцов в загрузке рециркулированного растворителя, в загрузке способного к окислению соединения и в реакционной среде в соответствии с настоящим изобретением.For example, during the liquid-phase partial oxidation of para-xylene to TFA, it was found that the formation of trimellitic acid increases as the levels of isophthalic acid and phthalic acid increase in the reaction medium. Trimellitic acid is a trifunctional carboxylic acid that leads to branching of polymer chains in the production of PET from TFA. In many applications of PET, the degree of branching must be controlled at low levels and, therefore, in purified TFA, trimellitic acid must be controlled at low levels. In addition to the formation of trimellitic acid, the presence of meta-substituted and ortho-substituted samples in the reaction medium also leads to the appearance of other tricarboxylic acids (for example, 1,3,5-tricarboxybenzene). In addition, the increased presence of tricarboxylic acids in the reaction medium increases the formation of tetracarboxylic acids (for example, 1,2,4,5-tetracarboxybenzene). Controlling the total production of all aromatic carboxylic acids having more than two carboxyl groups is one of the factors in establishing the preferred levels of meta-substituted and ortho-substituted samples in the charge of the recycled solvent, in the charge of the oxidizable compound and in the reaction medium in accordance with the present invention .
Например, при жидкофазном частичном окислении пара-ксилола до ТФК установлено, что повышенные уровни в жидкой фазе реакционной среды некоторых растворенных ароматических кислот, не имеющих неароматических углеводородных групп, непосредственно приводят к повышенному производству монооксида углерода и диоксида углерода. Такое повышенное производство оксидов углерода означает потерю выхода как окислителя, так и способного к окислению соединения, причем последнее из-за многих одновременно получаемых ароматических карбоновых кислот, которые, с одной стороны, могут рассматриваться как примеси, а с другой стороны, также имеют промышленное значение. Следовательно, соответствующее удаление относительно растворимых карбоновых кислот, не имеющих неароматических углеводородных групп, из рециркулируемого растворителя имеет экономическое значение при предотвращении потерь выхода способного к окислению соединения и окислителя, помимо подавления образования высоко нежелательных примесей, таких как различные флуореноны и тримеллитовая кислота.For example, during the liquid-phase partial oxidation of para-xylene to TFA, it was found that increased levels in the liquid phase of the reaction medium of some dissolved aromatic acids that do not have non-aromatic hydrocarbon groups directly lead to increased production of carbon monoxide and carbon dioxide. Such an increased production of carbon oxides means a loss in the yield of both an oxidizing agent and an oxidizable compound, the latter due to many aromatic carboxylic acids obtained simultaneously, which, on the one hand, can be considered as impurities and, on the other hand, are also of industrial importance . Therefore, the corresponding removal of relatively soluble carboxylic acids without non-aromatic hydrocarbon groups from the recirculated solvent is of economic importance in preventing loss of yield of the oxidizable compound and oxidizing agent, in addition to suppressing the formation of highly undesirable impurities, such as various fluorenones and trimellitic acid.
Например, при жидкофазном частичном окислении пара-ксилола до ТФК установлено, что образование 2,5,4'-трикарбоксибифенила кажется неизбежным. 2,5,4'-Трикарбоксибифенил является ароматической трикарбоновой кислотой, образованной путем сочетания двух ароматических колец, вероятно, за счет сочетания растворенных пара-замещенных ароматических образцов с арильным радикалом, вероятно, арильным радикалом, образованным в результате декарбоксилирования или декарбонилирования пара-замещенных ароматических образцов. К счастью, 2,5,4'-трикарбоксибифенил обычно образуется в более низких количествах, чем тримеллитовая кислота, и обычно не приводит к значительно повышенным проблемам разветвления полимерных молекул при производстве ПЭТ. Однако заявители установили, что повышенные уровни 2,5,4'-трикарбоксибифенила в реакционной среде, включающей окисление алкилароматических соединений в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения, приводят к повышенным уровням интенсивно окрашенного и нежелательного 2,6-ДКФ. Повышенные количества 2,6-ДКФ, по-видимому, образуются из 2,5,4'-трикарбоксибифенила за счет раскрытия цикла с потерей молекулы воды, хотя точный механизм реакции достоверно не известен. Если слишком большому количеству 2,5,4'-трикарбоксибифенила, более растворимома в растворителе, содержащем уксусную кислоту и воду, чем ТФК, позволить накапливаться в рециркулированном растворителе, степень конверсии до 2,6-ДКФ может стать неприемлемо большой.For example, during the liquid-phase partial oxidation of para-xylene to TFA, it was found that the formation of 2,5,4'-tricarboxybiphenyl seems inevitable. 2,5,4'-Tricarboxybiphenyl is an aromatic tricarboxylic acid formed by combining two aromatic rings, probably due to a combination of dissolved para-substituted aromatic samples with an aryl radical, probably an aryl radical, formed by decarboxylation or decarbonylation of para-substituted aromatic samples. Fortunately, 2,5,4'-tricarboxybiphenyl is usually formed in lower amounts than trimellitic acid, and usually does not lead to significantly increased branching problems of polymer molecules in the production of PET. However, applicants have found that elevated levels of 2,5,4'-tricarboxybibenyl in a reaction medium comprising oxidation of alkyl aromatic compounds in accordance with preferred embodiments of the present invention result in elevated levels of intensely colored and undesired 2,6-DCF. Increased amounts of 2,6-DCF are apparently formed from 2,5,4'-tricarboxybiphenyl due to the opening of the cycle with the loss of a water molecule, although the exact reaction mechanism is not known reliably. If too much 2,5,4'-tricarboxybiphenyl, more soluble in a solvent containing acetic acid and water than TFA, is allowed to accumulate in a recycled solvent, the degree of conversion to 2.6-DCF may become unacceptably large.
Например, при жидкофазном частичном окислении пара-ксилола до ТФК установлено, что ароматические карбоновые кислоты, не имеющие неароматических углеводородных групп (например, изофталевая кислота), обычно приводят к умеренному подавлению химической активности реакционной среды, когда они присутствуют в жидкой фазе в достаточной концентрации.For example, during the liquid-phase partial oxidation of para-xylene to TFA, it was found that aromatic carboxylic acids that do not have non-aromatic hydrocarbon groups (e.g., isophthalic acid) usually lead to moderate inhibition of the chemical activity of the reaction medium when they are present in the liquid phase in a sufficient concentration.
Например, при жидкофазном частичном окислении пара-ксилола до ТФК установлено, что осаждение очень часто является неидеальным (то есть неравновесным) относительно соответствующих концентраций различных химических образцов в твердой фазе и в жидкой фазе. Вероятно, это обусловлено тем, что скорость осаждения является очень высокой при объемных реакционных скоростях, предпочтительных в данном случае, что приводит к неидеальному соосаждению примесей или даже к окклюзии. Следовательно, когда желательно ограничить концентрацию некоторых примесей (например, тримеллитовой кислоты и 2,6-ДКФ) в сырой ТФК, из-за конфигурации работы установки в нисходящем направлении, предпочтительно контролировать их концентрацию в загрузке растворителя, а также скорость их образования в реакционной среде.For example, during liquid-phase partial oxidation of para-xylene to TFA, it was found that deposition is very often imperfect (i.e., nonequilibrium) with respect to the corresponding concentrations of various chemical samples in the solid phase and in the liquid phase. This is probably due to the fact that the deposition rate is very high at bulk reaction rates, preferred in this case, which leads to imperfect coprecipitation of impurities or even to occlusion. Therefore, when it is desirable to limit the concentration of certain impurities (for example, trimellitic acid and 2,6-DCF) in crude TFA, due to the configuration of the downstream installation, it is preferable to control their concentration in the solvent charge, as well as the rate of their formation in the reaction medium .
Например, установлено, что бензофеноновые соединения (например, 4,4'-дикарбоксибензофенон и 2,5,4'-трикарбоксибензофенон), полученные во время частичного окисления пара-ксилола, оказывают нежелательное влияние на реакционную среду ПЭТ, даже хотя в ТФК бензофеноновые соединения не являются сами по себе интенсивно окрашенными, как флуореноны и антрахиноны. Соответственно, желательно ограничить присутствие бензофенонов и выбранных предшественников в загрузке рециркулированного растворителя и в загрузке способного к окислению соединения. Кроме того, установлено, что присутствие повышенных уровней бензойной кислоты независимо от того, находится ли она в рециркулированном растворителе или образуется в реакционной среде, приводит к повышенным скоростям производства 4,4'-дикарбоксибензофенона.For example, it was found that benzophenone compounds (e.g., 4,4'-dicarboxybenzophenone and 2,5,4'-tricarboxybenzophenone) obtained during the partial oxidation of para-xylene have an undesirable effect on the reaction medium of PET, even though the benzophenone compounds in TFA are not in themselves intensely colored, like fluorenones and anthraquinones. Accordingly, it is desirable to limit the presence of benzophenones and selected precursors in the charge of the recycled solvent and in the charge of the oxidizable compound. In addition, it was found that the presence of elevated levels of benzoic acid, regardless of whether it is in a recycled solvent or formed in the reaction medium, leads to increased production rates of 4,4'-dicarboxybenzophenone.
В процессе изучения заявители установили и количественно оценили неожиданный порядок реакций для ароматических соединений, не имеющих неароматические углеводородные группы, которые присутствуют при жидкофазном частичном окислении пара-ксилола до ТФК. При анализе только одного случая бензойной кислоты заявители установили, что повышенные уровни бензойной кислоты в реакционной среде некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения приводят к значительно повышенному производству интенсивно окрашенной и нежелательной 9-флуоренон-2-карбоновой кислоты, к значительно повышенным уровням 4,4'-дикарбоксибифенила, к повышенным уровням 4,4'-дикарбоксибензофенона, к умеренному подавлению химической активности в направлении целевого окисления пара-ксилола, а также к повышенным уровням диоксидов углерода и сопутствующим потерям выхода. Установлено, что повышенные уровни бензойной кислоты в реакционной среде также приводят к повышенному производству изофталевой кислоты и фталевой кислоты, уровни которых желательно контролировать в низких интервалах в соответствии с аналогичными аспектами данного изобретения. Число и значение реакций с вовлечением бензойной кислоты является, вероятно, даже более неожиданными, так как некоторые современные исследователи рассматривают использование бензойной кислоты вместо уксусной кислоты в качестве основного компонента растворителя (см., например, патент США № 6562997). Кроме того, наблюдается, что бензойная кислота самообразуется при окислении пара-ксилола при скоростях, которые достаточно значительны относительно скоростей ее образования из примесей, таких как толуол и этилбензол, обычно находимых в загрузке способного к окислению соединения, содержащей промышленно чистый пара-ксилол.In the course of the study, the applicants established and quantified an unexpected reaction order for aromatic compounds that do not have non-aromatic hydrocarbon groups that are present during the liquid-phase partial oxidation of para-xylene to TFA. When analyzing only one case of benzoic acid, the applicants found that increased levels of benzoic acid in the reaction medium of some embodiments of the present invention lead to significantly increased production of intensely colored and undesired 9-fluorenone-2-carboxylic acid, to significantly increased levels of 4,4'- dicarboxybiphenyl, to elevated levels of 4,4'-dicarboxybenzophenone, to moderate inhibition of chemical activity in the direction of the target oxidation of para-xylene, as well as to elevated levels carbon dioxide and associated yield loss. It has been found that elevated levels of benzoic acid in the reaction medium also lead to increased production of isophthalic acid and phthalic acid, the levels of which it is desirable to control at low intervals in accordance with similar aspects of the present invention. The number and significance of reactions involving benzoic acid is probably even more unexpected, as some modern researchers consider the use of benzoic acid instead of acetic acid as the main component of the solvent (see, for example, US patent No. 6562997). In addition, it is observed that benzoic acid self-forms during the oxidation of para-xylene at rates that are sufficiently significant relative to its formation from impurities such as toluene and ethylbenzene, usually found in the loading of an oxidizable compound containing industrially pure para-xylene.
С другой стороны, заявители раскрыли небольшое значение дополнительного регулирования композиции рециркулированного растворителя относительно присутствия способного к окислению ароматического соединения и относительно реакций ароматических промежуточных соединений, которые содержат неароматические углеводородные группы и относительно растворимы в рециркулированном растворителе. В общем случае такие соединения или подаются в реакционную среду, или образуются в реакционной среде при значительно более высоких скоростях, чем их количество, присутствующее в рециркулированном растворителе; а скорость потребления этих соединений в реакционной среде является достаточно высокой, удерживая одну или несколько неароматических углеводородных групп, чтобы ограничить их накопление в рециркулированном растворителе. Например, во время частичного окисления пара-ксилола в многофазной среде пара-ксилол испаряется в ограниченной степени наряду с большими количествами растворителя. Когда такой испарившийся растворитель выходит из реактора в виде части выходящего газа и конденсируется для выделения в виде рециркулированного растворителя, значительная часть испарившегося пара-ксилола также конденсируется в нем. Нет необходимости ограничивать концентрацию такого пара-ксилола в рециркулированном растворителе. Например, если растворитель отделяют от твердых веществ при выходе суспензии из реакционной среды окисления пара-ксилола, этот выделенный растворитель будет содержать концентрацию растворенной пара-толуиловой кислоты, аналогичную концентрации в точке удаления из реакционной среды. Хотя может быть важным ограничение фиксированной концентрации пара-толуиловой кислоты в жидкой фазе реакционной среды (см. ниже), нет необходимости регулировать отдельно пара-толуиловую кислоту в этой порции рециркулированного растворителя ввиду ее относительно хорошей растворимости и ее низкого удельного массового расхода относительно образования пара-толуиловой кислоты в пределах реакционной среды. Аналогично выявлены незначительные основания для ограничения концентраций в рециркулированном растворителе ароматических соединений с метильными заместителями (например, толуиловых кислот), ароматических альдегидов (например, терефталевого альдегида), ароматических соединений с гидроксиметильными заместителями (например, 4-гидроксиметилбензойной кислоты) и бромированных ароматических соединений, содержащих, по меньшей мере, одну неароматическую углеводородную группу (например, альфа-бром-пара-толуиловую кислоту) ниже концентраций, по сути найденных в жидкой фазе, выходящей из реакционной среды, существующей при частичном окислении ксилола в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения. Неожиданно заявители установили, что также нет необходимости контролировать в рециркулированном растворителе концентрацию выбранных фенолов, по сути произведенных во время частичного окисления ксилола, ввиду того, что эти соединения образуются и разрушаются в пределах реакционной среды со скоростями, значительно более высокими, чем их присутствие в рециркулированном растворителе. Например, установлено, что 4-гидроксибензойная кислота оказывает относительно небольшое влияние на химическую активность в предпочтительных вариантах настоящего изобретения при совместной подаче со скоростями свыше 2 граммов 4-гидроксибензойной кислоты на 1 килограмм пара-ксилола, значительно более высокой, чем естественное присутствие в рециркулированном растворителе, несмотря на то, другие авторы указывают на нее как на сильный яд в аналогичной реакционной среде (см., например, W. Partenheimer, Catalysis Today 23, (1995), p. 81).On the other hand, applicants have disclosed a small value for further adjusting the composition of the recycled solvent with respect to the presence of an oxidizable aromatic compound and with respect to the reactions of aromatic intermediates that contain non-aromatic hydrocarbon groups and are relatively soluble in the recycled solvent. In the General case, such compounds are either fed into the reaction medium, or formed in the reaction medium at significantly higher speeds than their amount present in the recycled solvent; and the rate of consumption of these compounds in the reaction medium is high enough to hold one or more non-aromatic hydrocarbon groups to limit their accumulation in the recycled solvent. For example, during partial oxidation of para-xylene in a multiphase medium, para-xylene evaporates to a limited extent along with large amounts of solvent. When such an evaporated solvent leaves the reactor as part of the effluent gas and condenses to be recovered as a recycled solvent, a significant part of the vaporized para-xylene also condenses in it. There is no need to limit the concentration of such para-xylene in the recycled solvent. For example, if the solvent is separated from solids when the suspension leaves the para-xylene oxidation reaction medium, this isolated solvent will contain a concentration of dissolved para-toluic acid similar to that at the point of removal from the reaction medium. Although it may be important to limit the fixed concentration of para-toluic acid in the liquid phase of the reaction medium (see below), it is not necessary to separately regulate para-toluic acid in this portion of the recycled solvent due to its relatively good solubility and its low specific mass flow rate relative to the formation of para- toluic acid within the reaction medium. Similarly, insignificant reasons have been identified for limiting the concentration in a recycled solvent of aromatic compounds with methyl substituents (e.g. toluyl acids), aromatic aldehydes (e.g. terephthalic aldehyde), aromatic compounds with hydroxymethyl substituents (e.g. 4-hydroxymethylbenzoic acid) and brominated aromatic compounds containing at least one non-aromatic hydrocarbon group (e.g. alpha bromo-para-toluic acid) is lower than the concentration In fact found in the liquid phase exiting from the reaction medium, existing in the partial oxidation of xylene according to preferred embodiments of the present invention. Unexpectedly, the applicants found that there was also no need to control the concentration of selected phenols in the recycled solvent, which were essentially produced during the partial oxidation of xylene, since these compounds formed and decomposed within the reaction medium at rates much higher than their presence in the recycled solvent. For example, it has been found that 4-hydroxybenzoic acid has a relatively small effect on the reactivity in preferred embodiments of the present invention when co-fed at a rate of over 2 grams of 4-hydroxybenzoic acid per 1 kilogram of para-xylene, significantly higher than the natural presence in the recycled solvent despite the fact that other authors point to it as a strong poison in a similar reaction medium (see, for example, W. Partenheimer,
Таким образом, существует множество реакций и многочисленные рассуждения при установлении предпочтительных интервалов различных ароматических примесей в загрузке растворителя, как это показано в настоящее время. Такие результаты представлены в значениях совокупной средневзвешенной композиции всех потоков растворителя, которые подаются в реакционную среду в течение установленного периода времени, предпочтительно в течение одного дня, более предпочтительно одного часа и наиболее предпочтительно в течение 1 минуты. Например, если одна загрузка растворителя протекает по существу непрерывно с композицией 40 масс.ч./млн изофталевой кислоты с расходом 7 кг/мин, вторая загрузка растворителя протекает по существу непрерывно с композицией 2000 масс.ч./млн изофталевой кислоты с расходом 10 кг/мин, и не существует других потоков загрузки растворителя, поступающих в реакционную среду, то совокупная средневзвешенная композиция загрузки растворителя рассчитывается как (40*7+2000*10)/(7+10)=1,193 масс.ч./млн изофталевой кислоты. Следует отметить, что масса загрузки любого способного к окислению соединения или загрузки любого окислителя, которые, возможно, объединены с загрузкой растворителя до поступления в реакционную среду, не учитываются при расчете совокупной средневзвешенной композиции загрузки растворителя.Thus, there are many reactions and numerous considerations in establishing the preferred ranges of various aromatic impurities in the solvent charge, as currently shown. Such results are presented in terms of the total weighted average composition of all solvent streams that are supplied to the reaction medium for a predetermined period of time, preferably within one day, more preferably one hour and most preferably within 1 minute. For example, if one solvent charge flows substantially continuously with a composition of 40 parts by weight of isophthalic acid at a rate of 7 kg / min, a second solvent charge flows substantially continuously with a composition of 2000 parts by weight of isophthalic acid at a rate of 10 kg / min, and there are no other solvent loading streams entering the reaction medium, the total weighted average solvent loading composition is calculated as (40 * 7 + 2000 * 10) / (7 + 10) = 1.193 mass.ppm of isophthalic acid. It should be noted that the loading mass of any oxidizable compound or the loading of any oxidizing agent, which may be combined with the loading of the solvent before entering the reaction medium, are not taken into account when calculating the total weighted average solvent loading composition.
В таблице 1, представленной ниже, приведены предпочтительные значения для некоторых компонентов в загрузке растворителя, введенного в реакционную среду. Компонентами загрузки растворителя, которые приведены в таблице 1, являются следующие соединения: 4-карбоксибензальдегид (4-КБА), 4,4'-дикарбоксистильбен (4,4'-ДКС, 4,4'-DCS), 2,6-дикарбоксиантрахинон (2,6-ДКА, 2,6-DCA), 2,6-дикарбоксифлуоренон (2,6-ДКФ), 2,7-дикарбоксифлуоренон (2,7-ДКФ), 3,5-дикарбоксифлуоренон (3,5-ДКФ), 9-флуоренон-2-карбоновая кислота (9F-2КК, 9F-2CA), 9-флуоренон-4-карбоновая кислота (9F-4КК, 9F-4CA), все флуореноны, в том числе другие флуореноны, не перечисленные отдельно (все флуореноны), 4,4'-дикарбоксибифенил (4,4'-ДКБ), 2,5,4'-трикарбоксибифенил (2,5,4'-ТКБ, 2,5,4'-ТСВ), фталевая кислота (ФК, РА), изофталевая кислота (ИФК, IPA), бензойная кислота (БК, ВА), тримеллитовая кислота (ТМК, ТМА), 2,6-дикарбоксибензокумарин (2,6-ДКБК, 2,6-DCBC), 4,4'-дикарбоксибензил (4,4'-ДКБЗ, 4,4'-DCBZ), 4,4'-дикарбоксибензофенон (4,4'-ДКБФ, 4,4'-DCBР), 2,5,4'-трикарбоксибензофенон (2,5,4'-ТКБФ, 2,5,4'-ТСВР), терефталевая кислота (ТФК), осажденные при 20ºС твердые вещества и все ароматические карбоновые кислоты, не имеющие неароматических углеводородных групп. В представленной ниже таблице 1 приведены предпочтительные количества указанных примесей в СТК, произведенной в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.Table 1 below provides preferred values for some of the components in the loading of solvent introduced into the reaction medium. The solvent loading components shown in Table 1 are the following compounds: 4-carboxybenzaldehyde (4-KBA), 4,4'-dicarboxylstilbene (4,4'-DCS, 4,4'-DCS), 2,6-dicarboxyanthraquinone (2,6-DKA, 2,6-DCA), 2,6-dicarboxyfluorenone (2,6-DKF), 2,7-dicarboxyfluorenone (2,7-DKF), 3,5-dicarboxyfluorenone (3,5- DCF), 9-fluorenone-2-carboxylic acid (9F-2KK, 9F-2CA), 9-fluorenone-4-carboxylic acid (9F-4KK, 9F-4CA), all fluorenones, including other fluorenones not listed separately (all fluorenones), 4,4'-dicarboxybiphenyl (4,4'-DCB), 2,5,4'-tricarboxybiphenyl (2,5,4'-TKB, 2,5,4'-TCB), ft Aleic acid (FC, RA), isophthalic acid (IPA, IPA), benzoic acid (BC, VA), trimellitic acid (TMK, TMA), 2,6-dicarboxybenzocoumarin (2,6-DCBC, 2,6-DCBC) 4,4'-dicarboxybenzyl (4,4'-DCBZ, 4,4'-DCBZ), 4,4'-dicarboxybenzophenone (4,4'-DCBF, 4,4'-DCBP), 2,5,4 '-tricarboxybenzophenone (2,5,4'-TKBF, 2,5,4'-ТСВР), terephthalic acid (TFA), solids precipitated at 20 ° С and all aromatic carboxylic acids without non-aromatic hydrocarbon groups. The following table 1 shows the preferred amounts of these impurities in STK produced in accordance with an embodiment of the present invention.
Компоненты загрузки растворителя, введеннойThe components of the solvent loading introduced
в реакционную смесьinto the reaction mixture
Многие другие ароматические примеси, как правило, также присутствуют в рециркулированном растворителе, причем обычно их количества меняются даже на более низких уровнях и/или в пропорции к одному или нескольким раскрытым ароматическим соединениям. Способы контролирования раскрытых ароматических соединений в предпочтительных интервалах будут обычно удерживать другие ароматические примеси на подходящих уровнях.Many other aromatic impurities, as a rule, are also present in the recycled solvent, and usually their quantities vary even at lower levels and / or in proportion to one or more of the disclosed aromatic compounds. Methods for controlling the disclosed aromatic compounds at preferred ranges will typically keep other aromatic impurities at suitable levels.
Когда бром используется в реакционной среде, большие количества ионных и органических форм брома, как известно, находятся в динамическом равновесии. Такие различные формы брома имеют разные характеристики стабильности при выходе из реакционной среды и при прохождении через различные технологические установки, относящиеся к рециркулированному растворителю. Например, альфа-бром-пара-толуиловая кислота может продолжать существовать как таковая при некоторых условиях или может быстро гидролизоваться при других условиях с образованием 4-гидроксиметилбензойной кислоты и бромистого водорода. В настоящем изобретении предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, приблизительно 40% масс., более предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, приблизительно 60% масс. и наиболее предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, приблизительно 80% масс. общей массы брома, присутствующего в совокупной загрузке растворителя в реакционную среду, находилось в одной или в нескольких из следующих химических форм: ионный бром, альфа-бром-пара-толуиловая кислота и бромуксусная кислота.When bromine is used in a reaction medium, large quantities of ionic and organic forms of bromine are known to be in dynamic equilibrium. These various forms of bromine have different stability characteristics when exiting the reaction medium and when passing through various processing units related to the recycled solvent. For example, alpha-bromo-para-toluic acid may continue to exist as such under certain conditions, or may rapidly hydrolyze under other conditions to form 4-hydroxymethylbenzoic acid and hydrogen bromide. In the present invention, it is preferable that at least about 40% of the mass., More preferably, at least about 60% of the mass. and most preferably, at least about 80% of the mass. The total mass of bromine present in the total solvent charge in the reaction medium was in one or more of the following chemical forms: ionic bromine, alpha-bromo-para-toluic acid, and bromoacetic acid.
Хотя важность и значение контролирования совокупной средневзвешенной чистоты загрузки растворителя в пределах раскрытых, желаемых интервалов настоящего изобретения до настоящего времени не были обнаружены и/или раскрыты, подходящие средства контроля чистоты загрузки растворителя могут быть собраны из различных методов, уже известных в данной области техники. Во-первых, любой растворитель, испаренный из реакционной среды, как правило, имеет подходящую чистоту, при условии, что жидкость или твердые вещества из реакционной среды не захвачены испаренным растворителем. Подача флегмы из капель растворителя в пространство отделения выходящего газа выше реакционной среды, как это описано в данном случае, соответствующим образом ограничивает такой захват; и из такого выходящего газа может быть сконденсирован рециркулированный растворитель подходящей чистоты относительно ароматического соединения. Во-вторых, более трудная и дорогая очистка загрузки рециркулированного растворителя связана с растворителем, отобранным из реакционной среды в жидкой форме, и с растворителем, который впоследствии контактирует с жидкой и/или твердой фазами реакционной среды, выведенной из реакционной емкости (например, рециркулированный растворитель, полученный с фильтра, на котором твердые вещества концентрировались и/или промывались, рециркулированный растворитель, полученный с центрифуги, на которой твердые вещества концентрировались и/или промывались, рециркулированный растворитель, отобранный с операции кристаллизации и т.д.). Однако в данной области также хорошо известны средства для эффективного проведения необходимой очистки таких потоков рециркулированных растворителей с использованием одного или нескольких открытий предшествующего уровня техники. Что касается контролирования осажденных твердых веществ в рециркулированном растворителе в пределах специально определенных интервалов, то подходящими средствами контроля являются, но не ограничиваются ими, гравиметрическая седиментация, механическая фильтрация с использованием фильтровальной ткани на ротационных ленточных фильтрах и ротационных барабанных фильтрах, механическая фильтрация с использованием стационарной фильтрующей среды в емкостях, работающих под давлением, гидроциклоны и центрифуги. Что касается контролирования растворенных ароматических образцов в рециркулированном растворителе в пределах специально определенных интервалов, то контролирующие средства включают, но не ограничиваются ими, средства, описанные в патенте США № 4939297 и в патентной заявке США, номер публикации 2005-0038288, которые включены в качестве ссылки. Однако ни одно из предшествующих изобретений не раскрывает и не описывает предпочтительные уровни чистоты совокупной загрузки растворителя, раскрытые в данном описании. Скорее, указанные изобретения предшествующего уровня предлагают только средства очистки выбранных и частичных потоков рециркулированного растворителя без раскрытия настоящего изобретения, оптимальных значений композиции совокупной средневзвешенной загрузки растворителя в реакционную среду.Although the importance and importance of controlling the total weighted average solvent loading purity within the disclosed, desired ranges of the present invention have not yet been discovered and / or disclosed, suitable solvent purity control means can be collected from various methods already known in the art. First, any solvent vaporized from the reaction medium is generally of a suitable purity, provided that the liquid or solids from the reaction medium are not captured by the vaporized solvent. The supply of reflux from droplets of solvent into the separation space of the outgoing gas above the reaction medium, as described in this case, appropriately limits such capture; and from this effluent gas, a recycled solvent of suitable purity with respect to the aromatic compound may be condensed. Secondly, a more difficult and expensive cleaning of the charge of the recirculated solvent is associated with a solvent selected from the reaction medium in liquid form and with a solvent which subsequently comes into contact with the liquid and / or solid phases of the reaction medium withdrawn from the reaction vessel (e.g., recycled solvent obtained from a filter on which solids were concentrated and / or washed, a recycled solvent obtained from a centrifuge on which solids were concentrated and / or washed recycled solvent selected from the crystallization operation, etc.). However, means are also well known in the art for efficiently performing the necessary purification of such recycled solvent streams using one or more of the prior art discoveries. Regarding the control of precipitated solids in a recycled solvent within specially defined intervals, suitable control tools include, but are not limited to, gravimetric sedimentation, mechanical filtration using filter cloth on rotary belt filters and rotary drum filters, mechanical filtration using a stationary filter media in pressure vessels, hydrocyclones and centrifuges. Regarding the control of dissolved aromatic samples in a recycled solvent within specially defined ranges, control agents include, but are not limited to, the agents described in US Pat. No. 4,939,297 and US Patent Application Publication Number 2005-0038288, which are incorporated by reference. . However, none of the preceding inventions discloses or describes the preferred purity levels of the total solvent charge disclosed herein. Rather, these prior art inventions offer only means for purifying selected and partial recycled solvent streams without disclosing the present invention, the optimal composition values of the total weighted average loading of the solvent into the reaction medium.
Если вернуться к чистоте загрузки способного к окислению соединения, то известно, что некоторые уровни изофталевой кислоты, фталевой кислоты и бензойной кислоты присутствуют и в низких концентрациях приемлемы в очищенной ТФК, используемой для производства полимеров. Более того, известно, что эти образцы имеют относительно более высокую растворимость во многих растворителях и могут быть успешно удалены из очищенной ТФК с помощью процессов кристаллизации. Однако из варианта осуществления изобретения, описанного в данном изобретении, известно, что контролирование уровня некоторых относительно растворимых ароматических образцов, в особенности включающих изофталевую кислоту, фталевую кислоту и бензойную кислоту, в жидкой фазе реакционной среды неожиданно имеет большое значение для контролирования уровня полициклических и окрашенных ароматических соединений, образовавшихся в реакционной среде, для контролирования соединений с более чем 2 карбоксильными кислотными функциями в молекуле, для контролирования реакционной активности в пределах реакционной среды частичного окисления и для контролирования потерь выхода окислителя и ароматического соединения.Returning to the purity of the charge of the oxidizable compound, it is known that certain levels of isophthalic acid, phthalic acid and benzoic acid are present and at low concentrations are acceptable in the purified TFA used to make the polymers. Moreover, it is known that these samples have a relatively higher solubility in many solvents and can be successfully removed from purified TFA using crystallization processes. However, from the embodiment of the invention described in this invention, it is known that controlling the level of some relatively soluble aromatic samples, especially including isophthalic acid, phthalic acid and benzoic acid, in the liquid phase of the reaction medium is unexpectedly of great importance for controlling the level of polycyclic and colored aromatic compounds formed in the reaction medium to control compounds with more than 2 carboxylic acid functions in the molecule, to control the reaction activity within the partial oxidation reaction medium and to control the yield loss of the oxidizing agent and aromatic compound.
В данной области техники известно, что изофталевая кислота, фталевая кислота и бензойная кислота образуются в реакционной среде следующим образом. Примеси мета-ксилола в загрузке окисляются с хорошей конверсией и дают ИФК. Примеси орто-ксилола в загрузке окисляются с хорошей конверсией и дают фталевую кислоту. Примеси этилбензола и толуола в загрузке окисляются с хорошей конверсией и дают бензойную кислоту. Однако выявлено, что значительные количества изофталевой кислоты, фталевой кислоты и бензойной кислоты также образуются в пределах реакционной среды, содержащей пара-ксилол, способами, отличными от окисления мета-ксилола, орто-ксилола, этилбензола и толуола. Эти другие внутренние химические пути, вероятно, включают декарбонилирование, декарбоксилирование, перегруппировку переходных состояний и присоединение метильного и карбонильного радикалов к ароматическим кольцам.It is known in the art that isophthalic acid, phthalic acid and benzoic acid are formed in the reaction medium as follows. Impurities of meta-xylene in the charge are oxidized with good conversion and give IFC. Impurities of ortho-xylene in the charge are oxidized with good conversion and give phthalic acid. Impurities of ethylbenzene and toluene in the charge are oxidized with good conversion and give benzoic acid. However, significant amounts of isophthalic acid, phthalic acid and benzoic acid have also been found to be formed within the reaction medium containing para-xylene by methods other than the oxidation of meta-xylene, ortho-xylene, ethylbenzene and toluene. These other internal chemical pathways probably include decarbonylation, decarboxylation, rearrangement of transition states, and the addition of methyl and carbonyl radicals to aromatic rings.
При определении предпочтительных интервалов примесей в загрузке способного к окислению соединения многие факторы являются существенными. Любая примесь в загрузке, по-видимому, приводит к прямой потере выхода и к затратам на очистку продукта, если требования по чистоте окисленного продукта являются достаточно жесткими (например, в реакционной среде частичного окисления пара-ксилола толуол и этилбензол, обычно обнаруживаемые в пара-ксилоле промышленной чистоты, дают бензойную кислоту, и эту бензойную кислоту преимущественно удаляют из большей части промышленной ТФК). Когда продукт частичного окисления примесей загрузки выпадает в осадок при дополнительных реакциях, факторы, отличные от простой потери выхода и удаления, становятся значимыми при рассмотрении, какое увеличение стоимости очистки сырья вытекает из этого (например, в реакционной среде частичного окисления пара-ксилола этилбензол приводит к бензойной кислоте, а бензойная кислота затем дает интенсивно окрашенную 9-флуоренон-2-карбоновую кислоту, изофталевую кислоту, фталевую кислоту и повышенное количество оксидов углерода, наряду с другими). Когда реакционная среда сама генерирует дополнительные количества примеси за счет химических механизмов, непосредственно не связанных с примесями загрузки, анализ становится еще более сложным (например, в реакционной среде частичного окисления пара-ксилола бензойная кислота также самообразуется из самого пара-ксилола). Кроме того, обработка в направлении нисходящего потока сырого продукта окисления может оказывать влияние на рассмотрение предпочтительной чистоты сырья. Например, стоимость удаления до приемлемых уровней прямой примеси (бензойной кислоты) и стоимость удаления последующих примесей (изофталевой кислоты, фталевой кислоты, 9-флуоренон-2-карбоновой кислоты и т.д.) могут быть одинаковыми, могут отличаться друг от друга и могут отличаться от требований по удалению большинства не имеющих отношения примесей (например, продукта неполного окисления 4-КБА при окислении пара-ксилола до ТФК).In determining the preferred ranges of impurities in the loading of the oxidizable compound, many factors are significant. Any impurity in the charge appears to result in a direct loss of yield and in product cleaning costs if the purity requirements for the oxidized product are quite stringent (for example, in the reaction medium for partial oxidation of para-xylene, toluene and ethylbenzene are usually found in para- xylene of industrial purity, give benzoic acid, and this benzoic acid is mainly removed from most of the industrial TFA). When the product of partial oxidation of charge impurities precipitates during additional reactions, factors other than simple loss of yield and removal become significant when considering what increase in the cost of purification of raw materials results from this (for example, in the reaction medium of partial oxidation of para-xylene, ethylbenzene leads to benzoic acid, and benzoic acid then gives intensely colored 9-fluorenone-2-carboxylic acid, isophthalic acid, phthalic acid and an increased amount of carbon oxides, among others mi). When the reaction medium itself generates additional amounts of impurities due to chemical mechanisms not directly related to the impurities of the charge, the analysis becomes even more complicated (for example, in the reaction medium for the partial oxidation of para-xylene, benzoic acid also forms from para-xylene itself). In addition, downstream processing of the crude oxidation product may affect consideration of the preferred purity of the feed. For example, the cost of removal to acceptable levels of direct impurity (benzoic acid) and the cost of removing subsequent impurities (isophthalic acid, phthalic acid, 9-fluorenone-2-carboxylic acid, etc.) may be the same, may differ from each other, and may differ from the requirements for the removal of most unrelated impurities (for example, the product of incomplete oxidation of 4-CBA during the oxidation of para-xylene to TFA).
Раскрытые ниже интервалы чистоты загрузки для пара-ксилола являются предпочтительными, где пара-ксилол подают с растворителем и окислителем в реакционную среду для частичного окисления с получением ТФК. Эти интервалы являются более предпочтительными в процессе производства ТФК, включающем стадии последующего окисления для удаления из реакционной среды примесей, отличных от окислителя и растворителя (например, металлов катализатора). Такие интервалы все еще остаются более предпочтительными в процессах производства ТФК, в которых дополнительный 4-КБА удаляют из СТК (например, путем конверсии СТК до диметилтерефталата плюс примесные сложные эфиры и последующего удаления метилового эфира 4-КБА перегонкой, с помощью способов окислительного сжигания для превращения 4-КБА в ТФК, с помощью методов гидрирования для превращения 4-КБА в пара-толуиловую кислоту, которая затем отделяется методами дробной кристаллизации). Эти интервалы являются наиболее предпочтительными в процессах производства ТФК, в которых дополнительный 4-КБА удаляют из СТК с помощью способов окислительного сжигания для превращения 4-КБА в ТФК.The purity loading ranges disclosed below for para-xylene are preferred, where para-xylene is fed with a solvent and an oxidizing agent to the partial oxidation reaction medium to produce TFA. These ranges are more preferable in the TFA manufacturing process, including subsequent oxidation steps to remove impurities other than the oxidizing agent and solvent (e.g., catalyst metals) from the reaction medium. Such ranges still remain preferable in TFA production processes in which additional 4-CBA is removed from the STC (for example, by converting the STC to dimethyl terephthalate plus impurity esters and subsequent removal of the 4-CBA methyl ester by distillation using oxidative combustion processes to convert 4-CBA in TFA, using hydrogenation methods to convert 4-CBA to para-toluic acid, which is then separated by fractional crystallization). These ranges are most preferred in TFA production processes in which additional 4-KBA is removed from the STK using oxidative combustion processes to convert 4-KBA to TFA.
Используя новые знания предпочтительных интервалов рециркулирующих ароматических соединений и относительных количеств ароматических соединений, образованных непосредственно при окислении примесей загрузки, по сравнению с другими, не имеющими отношения химическими путями, выявлены улучшенные интервалы примесей для загрязненного пара-ксилола, который подают в процесс частичного окисления для получения ТФК. В таблице 2, приведенной ниже, представлены предпочтительные значения для количества мета-ксилола, орто-ксилола и этилбензола+толуола в загрузке пара-ксилола, выраженные в массовых частях на миллион пара-ксилола.Using new knowledge of the preferred ranges of recycle aromatic compounds and the relative amounts of aromatic compounds formed directly during the oxidation of the charge impurities, compared with other unrelated chemical pathways, improved impurity ranges for contaminated para-xylene, which are fed to the partial oxidation process to produce TFK. Table 2 below presents the preferred values for the amount of meta-xylene, ortho-xylene and ethylbenzene + toluene in the para-xylene charge, expressed in parts by weight per million para-xylene.
Компоненты загрязненной загрузки пара-ксилолаContaminated Para-Xylene Charge Components
Специалисту в данной области техники теперь будет понятно, что указанные выше примеси в загрязненном пара-ксилоле могут оказывать наиболее сильное влияние на реакционную среду после накопления продуктов их частичного окисления в рециркулированном растворителе. Например, подача верхнего количества из наиболее предпочтительного интервала мета-ксилола, 400 масс.ч./млн, будет сразу же давать приблизительно 200 масс.ч./млн изофталевой кислоты в жидкой фазе реакционной среды при работе приблизительно с 33% масс. твердых веществ в реакционной среде. Это сравнимо с вводом из верхнего количества наиболее предпочтительного интервала для изофталевой кислоты в рециркулированном растворителе, 400 масс.ч./млн, которое после проведения типичного испарения растворителя для охлаждения реакционной среды, достигает приблизительно 1200 масс.ч./млн изофталевой кислоты в жидкой фазе реакционной среды. Следовательно, именно накопление продуктов частичного окисления в течение времени в рециркулированном растворителе является наиболее вероятным влиянием примесей мета-ксилола, орто-ксилола, этилбензола и толуола в загрузке загрязненного пара-ксилола. Соответственно, приведенные выше интервалы примесей в подаче загрязненного пара-ксилола предпочтительно поддерживать, по меньшей мере, полдня каждый день работы любой реакционной среды частичного окисления в конкретной промышленной установке, более предпочтительно, по меньшей мере, три четверти дня каждый день в течение, по меньшей мере, семи последовательных дней работы и наиболее предпочтительно, когда усредненная по массе композиция загрузки загрязненного пара-ксилола находится в пределах предпочтительных интервалов, по меньшей мере, в течение 30 последовательных дней работы.A person skilled in the art will now understand that the above impurities in contaminated para-xylene can have the strongest effect on the reaction medium after the accumulation of products of their partial oxidation in a recycled solvent. For example, supplying an upper amount from the most preferred meta-xylene range, 400 ppmw, will immediately produce about 200 ppm isophthalic acid in the liquid phase of the reaction medium when operating with about 33 wt%. solids in the reaction medium. This is comparable to entering from the upper amount of the most preferred interval for isophthalic acid in a recycled solvent, 400 parts by mass per million, which, after carrying out a typical evaporation of the solvent to cool the reaction medium, reaches approximately 1200 parts by mass of isophthalic acid in the liquid phase reaction medium. Therefore, it is the accumulation of partial oxidation products over time in a recycled solvent that is the most likely effect of impurities of meta-xylene, ortho-xylene, ethylbenzene and toluene in the loading of contaminated para-xylene. Accordingly, the above impurity intervals in the supply of contaminated para-xylene are preferably maintained for at least half a day every day of any partial oxidation reaction medium in a particular industrial plant, more preferably at least three quarters of a day every day for at least at least seven consecutive work days and most preferably when the weight-average contaminated para-xylene loading composition is within the preferred ranges of at least m Here, for 30 consecutive work days.
Средства для получения загрязненного пара-ксилола предпочтительной чистоты уже известны в данной области техники и к ним относятся, но без ограничения, перегонка, методы дробной кристаллизации при температурах ниже температуры окружающей среды и методы на основе молекулярных сит с использованием селективной по размерам пор адсорбции. Однако предпочтительные интервалы степени чистоты, определенные в настоящем изобретении, на их высокой границе являются более затратными и дорогими, чем обычно имеет место при промышленных подачах пара-ксилола; и, к тому же, при низкой границе предпочтительные интервалы исключают чрезмерно дорогую очистку пара-ксилола для подачи в среду частичного окисления за счет обнаружения и раскрытия, где объединенное влияние самообразования примеси из самого пара-ксилола и уничтожающие примесь реакции в пределах реакционной среды становятся более важным, чем скорости подачи примесей в загрязненном пара-ксилоле.Means for producing contaminated para-xylene of preferred purity are already known in the art and include, but are not limited to, distillation, fractional crystallization methods at temperatures below ambient temperature and molecular sieve methods using pore-selective adsorption. However, the preferred purity ranges defined in the present invention at their high boundary are more costly and expensive than is usually the case with industrial feeds of para-xylene; and furthermore, at a low boundary, the preferred ranges exclude the overly expensive purification of para-xylene to provide partial oxidation to the medium through detection and disclosure, where the combined effect of the self-formation of impurities from para-xylene itself and the impurity-eliminating reactions within the reaction medium become more more important than the feed rates of impurities in contaminated para-xylene.
Когда содержащий ксилол поток сырья содержит выбранные примеси, такие как этилбензол и/или толуол, окисление таких примесей может давать бензойную кислоту. Как используется в данном случае, определение «образованная из примесей бензойная кислота» будет означать бензойную кислоту, полученную из любого источника, отличного от ксилола, во время окисления ксилола.When the xylene-containing feed stream contains selected impurities, such as ethylbenzene and / or toluene, the oxidation of such impurities can produce benzoic acid. As used herein, the term “benzoic acid formed from impurities” will mean benzoic acid obtained from any source other than xylene during the oxidation of xylene.
Как установлено в данном изобретении, часть бензойной кислоты, выработанной во время окисления ксилола, получена из самого ксилола. Такая выработка бензойной кислоты из ксилола, очевидно, добавляется к любой части выработки бензойной кислоты, которая может быть образованной из примесей бензойной кислотой. Не привязываясь к какой-либо теории, полагают, что бензойная кислота получена из ксилола в реакционной среде, когда различные продукты промежуточного окисления ксилола самопроизвольно подвергаются декарбонилированию (потере монооксида углерода) или декарбоксилированию (потере диоксида углерода), в результате чего образуются арильные радикалы. Такие арильные радикалы затем могут отнимать атом водорода от одного из многих доступных источников в реакционной среде и давать самообразовавшуюся бензойную кислоту. Независимо от химического механизма определение «самообразовавшаяся бензойная кислота», используемое в данном случае, будет означать бензойную кислоту, полученную из ксилола при окислении ксилола.As stated in this invention, a portion of the benzoic acid generated during the oxidation of xylene is derived from xylene itself. Such a production of benzoic acid from xylene is obviously added to any part of the production of benzoic acid, which may be formed from impurities with benzoic acid. Without being attached to any theory, it is believed that benzoic acid is obtained from xylene in a reaction medium when various products of intermediate xylene oxidation spontaneously undergo decarbonylation (loss of carbon monoxide) or decarboxylation (loss of carbon dioxide), resulting in the formation of aryl radicals. Such aryl radicals can then subtract a hydrogen atom from one of the many available sources in the reaction medium and produce self-generated benzoic acid. Regardless of the chemical mechanism, the definition of "self-formed benzoic acid" used in this case will mean benzoic acid obtained from xylene during the oxidation of xylene.
Как обсуждалось выше, когда пара-ксилол окисляется с образованием терефталевой кислоты (ТФК), выработка самообразовавшейся бензойной кислоты приводит к потерям выхода по пара-ксилолу и к потерям выхода по окислителю. Кроме того, присутствие самообразовавшейся бензойной кислоты в жидкой фазе реакционной среды согласуется с ростом многих нежелательных побочных реакций, в особенности включающих образование интенсивно окрашенных соединений, называемых монокарбоксифлуоренонами. Самообразовавшаяся бензойная кислота также вносит вклад в нежелательное накопление бензойной кислоты в рециркулированном растворителе, что дополнительно повышает концентрацию бензойной кислоты в жидкой фазе реакционной среды. Следовательно, выработку самообразовавшейся бензойной кислоты желательно свести до минимума, но она также соответствующим образом одновременно учитывается с образованной из примесей бензойной кислотой, с факторами, влияющими на потребление бензойной кислоты, с факторами, относящимися к другим вопросам селективности реакции, и с суммарной экономикой процесса.As discussed above, when para-xylene is oxidized to form terephthalic acid (TFA), the production of self-formed benzoic acid leads to a loss of para-xylene yield and a loss of oxidative yield. In addition, the presence of self-formed benzoic acid in the liquid phase of the reaction medium is consistent with the growth of many undesirable side reactions, in particular including the formation of intensely colored compounds called monocarboxyfluorenones. Self-formed benzoic acid also contributes to the undesired accumulation of benzoic acid in the recycled solvent, which further increases the concentration of benzoic acid in the liquid phase of the reaction medium. Consequently, the production of self-formed benzoic acid is desirable to be minimized, but it is also appropriately taken into account simultaneously with benzoic acid formed from impurities, with factors affecting the consumption of benzoic acid, with factors related to other issues of reaction selectivity, and with the overall economics of the process.
Установлено, что самообразовавшуюся бензойную кислоту можно контролировать на низких уровнях путем соответствующего выбора, например, температуры, распределения ксилола и доступности кислорода в пределах реакционной среды во время окисления. Без привязки к какой-либо теории, более низкие температуры и улучшенная доступность кислорода, оказывается, подавляют скорости декарбонилирования и/или декарбоксилирования, исключая, таким образом, аспект потери выхода из-за самообразовавшейся бензойной кислоты. Достаточная доступность, оказывается, направляет арильные радикалы на образование других менее опасных продуктов, в частности гидроксибензойных кислот. Распределение ксилола в реакционной среде также может влиять на баланс между конверсией арильного радикала до бензойной кислоты или до гидроксибензойных кислот. Независимо от химических механизмов, заявители раскрыли реакционные условия, которые, хотя и достаточно мягкие, чтобы снизить выработку бензойной кислоты, являются достаточно жесткими, чтобы окислить высокую долю произведенных гидроксибензойных кислот до монооксида углерода и/или диоксида углерода, которые легко удаляются из продукта окисления.It has been found that self-generated benzoic acid can be controlled at low levels by appropriate selection, for example, temperature, xylene distribution and oxygen availability within the reaction medium during oxidation. Without being bound by any theory, lower temperatures and improved oxygen availability appear to suppress decarbonylation and / or decarboxylation rates, thus eliminating the aspect of yield loss due to self-formed benzoic acid. Sufficient accessibility, it turns out, directs aryl radicals to the formation of other less dangerous products, in particular hydroxybenzoic acids. The distribution of xylene in the reaction medium can also affect the balance between the conversion of the aryl radical to benzoic acid or to hydroxybenzoic acids. Regardless of the chemical mechanisms, applicants have disclosed reaction conditions that, although gentle enough to reduce the production of benzoic acid, are harsh enough to oxidize a high proportion of the produced hydroxybenzoic acids to carbon monoxide and / or carbon dioxide, which are easily removed from the oxidation product.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения реактор окисления конфигурирован и работает таким образом, что образование самообразовавшейся бензойной кислоты является минимальным и окисление гидроксибензойных кислот до монооксида углерода и/или диоксида углерода сведено до минимума. Когда реактор окислении используется для окисления пара-ксилола до терефталевой кислоты, предпочтительно, чтобы пара-ксилол составлял, по меньшей мере, приблизительно 50% масс. от всех ксилолов в потоке сырья, введенного в реактор. Более предпочтительно, пара-ксилол составляет, по меньшей мере, приблизительно 75% масс. от всего ксилола в потоке сырья. Еще более предпочтительно, пара-ксилол составляет, по меньшей мере, приблизительно 95% масс. от всего ксилола в потоке сырья. Наиболее предпочтительно, пара-ксилол составляет по существу все количество ксилола в потоке сырья.In a preferred embodiment of the present invention, the oxidation reactor is configured and operates in such a way that the formation of self-generated benzoic acid is minimal and the oxidation of hydroxybenzoic acids to carbon monoxide and / or carbon dioxide is minimized. When the oxidation reactor is used to oxidize para-xylene to terephthalic acid, it is preferred that para-xylene is at least about 50% by weight. from all xylenes in the feed stream introduced into the reactor. More preferably, para-xylene is at least about 75% of the mass. from all xylene in the feed stream. Even more preferably, para-xylene is at least about 95% of the mass. from all xylene in the feed stream. Most preferably, para-xylene comprises substantially all of the xylene in the feed stream.
Когда реактор используется для окисления пара-ксилола до терефталевой кислоты, предпочтительно, чтобы скорость производства терефталевой кислоты была максимальной, тогда как скорость производства самообразовавшейся бензойной кислоты была минимальной. Предпочтительно, отношение скорости производства (по массе) терефталевой кислоты к скорости производства (по массе) самообразовавшейся бензойной кислоты составляет, по меньшей мере, приблизительно 500:1, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 1000:1 и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 1500:1. Как будет показано ниже, скорость производства самообразовавшейся бензойной кислоты предпочтительно измеряют, когда концентрация бензойной кислоты в жидкой фазе реакционной среды ниже 2000 масс.ч./млн, более предпочтительно ниже 1000 масс.ч./млн и наиболее предпочтительно ниже 500 масс.ч./млн, так как такие низкие концентрации подавляют до приемлемо низких скоростей реакции, по которым бензойная кислота превращается в другие соединения.When the reactor is used to oxidize para-xylene to terephthalic acid, it is preferable that the production rate of terephthalic acid is maximum, while the production rate of self-formed benzoic acid is minimal. Preferably, the ratio of the production rate (by weight) of terephthalic acid to the production rate (by weight) of self-formed benzoic acid is at least about 500: 1, more preferably at least about 1000: 1, and most preferably at least , 1500: 1. As will be shown below, the production rate of the self-formed benzoic acid is preferably measured when the concentration of benzoic acid in the liquid phase of the reaction medium is below 2000 parts by mass / million, more preferably below 1000 parts by mass / million and most preferably below 500 parts by mass. / million, since such low concentrations are suppressed to reasonably low reaction rates at which benzoic acid is converted to other compounds.
При объединении самообразовавшейся бензойной кислоты и образовавшейся из примесей бензойной кислоты отношение скорости производства (по массе) терефталевой кислоты к скорости производства (по массе) всей (самообразовавшейся и образовавшейся из примесей) бензойной кислоты предпочтительно составляет, по меньшей мере, приблизительно 400:1, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 700:1 и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 1100:1. Как будет показано ниже, суммированную скорость производства самообразовавшейся бензойной кислоты плюс образованной из примесей бензойной кислоты, предпочтительно измеряют, когда концентрация бензойной кислоты в жидкой фазе реакционной среды ниже 500 масс.ч./млн, так как такие низкие концентрации подавляют до приемлемо низких скоростей реакции, по которым бензойная кислота превращается в другие соединения.When combining self-generated benzoic acid and benzoic acid formed from impurities, the ratio of the production rate (by weight) of terephthalic acid to the production rate (by weight) of all (self-formed and formed from impurities) benzoic acid is preferably at least about 400: 1, more preferably at least about 700: 1 and most preferably at least 1100: 1. As will be shown below, the summed production rate of self-formed benzoic acid plus formed from impurities of benzoic acid is preferably measured when the concentration of benzoic acid in the liquid phase of the reaction medium is lower than 500 ppm, since such low concentrations are suppressed to reasonably low reaction rates by which benzoic acid is converted into other compounds.
Как показано в данной работе, повышенные концентрации бензойной кислоты в жидкой фазе реакционной среды приводят к повышенному образованию многих других ароматических соединений, некоторые из которых являются вредными примесями в ТФК; и, как показано в настоящем изобретении, повышенные концентрации бензойной кислоты в жидкой фазе реакционной среды приводят к повышенному образованию газообразных оксидов углерода, образование которых означает потерю выхода по окислителю и по ароматическим соединениям и/или растворителю. Более того, в настоящее время установлено, что значительная часть такого повышенного образования других ароматических соединений и оксидов углерода берет начало из реакций, в которых происходит превращение некоторых молекул самой бензойной кислоты, в отличие от бензойной кислоты, катализирующей другие реакции без ее собственного потребления. Соответственно, «чистое образование бензойной кислоты» определяется в данном случае как усредненная по времени масса всей бензойной кислоты, выходящей из реакционной среды, минус усредненная по времени масса всей бензойной кислоты, поступающей в реакционную среду, в течение одного и того же периода времени. Такое чистое образование бензойной кислоты часто является положительным, являясь результатом скоростей образования образованной из примесей бензойной кислоты и самообразовавшейся бензойной кислоты. Однако установлено, что скорость превращения бензойной кислоты до оксидов углерода и до некоторых других соединений, оказывается, растет приблизительно линейно по мере повышения концентрации бензойной кислоты в жидкой фазе реакционной среды, измеренной, когда другие реакционные условия, в том числе температура, доступность кислорода, СОС и реакционная активность, соответствующим образом поддерживаются постоянными. Следовательно, когда концентрация бензойной кислоты в жидкой фазе реакционной среды является достаточно высокой, вероятно из-за повышенной концентрации бензойной кислоты в рециркулированном растворителе, конверсия молекул бензойной кислоты в другие соединения, в том числе в оксиды углерода, может стать равной или больше, чем химическое образование новых молекул бензойной кислоты. В этом случае чистое образование бензойной кислоты может балансировать около нуля или даже быть отрицательным. Установлено, что когда чистое образование бензойной кислоты является положительным, отношение скорости производства (по массе) терефталевой кислоты в реакционной среде к скорости чистого образования бензойной кислоты в реакционной среде составляет предпочтительно больше чем приблизительно 700:1, более предпочтительно приблизительно больше чем 1100:1 и наиболее предпочтительно приблизительно 4000:1. Заявители установили, что когда чистое образование бензойной кислоты является отрицательным, отношение скорости производства (по массе) терефталевой кислоты в реакционной среде к скорости чистого образования бензойной кислоты в реакционной среде составляет предпочтительно больше чем приблизительно 200:(-1), более предпочтительно приблизительно больше чем 1000:(-1) и наиболее предпочтительно приблизительно 5000:(-1).As shown in this paper, increased concentrations of benzoic acid in the liquid phase of the reaction medium lead to increased formation of many other aromatic compounds, some of which are harmful impurities in TFA; and, as shown in the present invention, increased concentrations of benzoic acid in the liquid phase of the reaction medium lead to increased formation of gaseous carbon oxides, the formation of which means loss of yield in the oxidizing agent and in the aromatic compounds and / or solvent. Moreover, it has now been established that a significant part of this increased formation of other aromatic compounds and carbon oxides originates from reactions in which some molecules of benzoic acid itself are converted, in contrast to benzoic acid, which catalyzes other reactions without its own consumption. Accordingly, “pure benzoic acid formation” is defined in this case as the time-averaged mass of all benzoic acid leaving the reaction medium, minus the time-averaged mass of all benzoic acid entering the reaction medium during the same time period. Such a pure formation of benzoic acid is often positive, resulting from the rates of formation of benzoic acid formed from impurities and self-formed benzoic acid. However, it was found that the rate of conversion of benzoic acid to carbon oxides and to some other compounds, it turns out, increases approximately linearly with increasing concentration of benzoic acid in the liquid phase of the reaction medium, measured when other reaction conditions, including temperature, oxygen availability, SOS and reactivity are suitably maintained constant. Therefore, when the concentration of benzoic acid in the liquid phase of the reaction medium is sufficiently high, probably due to the increased concentration of benzoic acid in the recycled solvent, the conversion of benzoic acid molecules to other compounds, including carbon oxides, may become equal to or greater than the chemical the formation of new benzoic acid molecules. In this case, the pure formation of benzoic acid can balance near zero or even be negative. It has been found that when the net formation of benzoic acid is positive, the ratio of the production rate (by weight) of terephthalic acid in the reaction medium to the rate of pure formation of benzoic acid in the reaction medium is preferably more than about 700: 1, more preferably about more than 1100: 1 and most preferably about 4000: 1. Applicants have found that when the net formation of benzoic acid is negative, the ratio of the production rate (by weight) of terephthalic acid in the reaction medium to the rate of pure formation of benzoic acid in the reaction medium is preferably more than about 200: (- 1), more preferably about more than 1000: (- 1) and most preferably about 5000: (- 1).
Заявители также раскрывают предпочтительные интервалы для композиции суспензии (жидкость + твердые вещества), выводимой из реакционной среды, и для части твердой СТК в суспензии. Композиции предпочтительной суспензии и предпочтительной СТК неожиданно являются более широкими и полезными. Например, очищенная ТФК, произведенная из такой предпочтительной СТК путем окислительного сжигания, имеет достаточно низкое содержание всех примесей и окрашенных примесей, поэтому очищенная ТФК приемлема без гидрирования дополнительного количества 4-КБА и/или окрашенных примесей для широкого спектра применений в ПЭТ волокнах и ПЭТ упаковках. Например, композиция предпочтительной суспензии дает жидкую фазу реакционной среды, которая имеет относительно низкую концентрацию важных примесей, и это существенно снижает образование других даже более нежелательных примесей, как это описано в настоящем изобретении. Кроме того, композиция предпочтительной суспензии очень способствует последующей обработке жидкости из суспензии, чтобы она становилась приемлемым чистым рециркулированным растворителем в соответствии с другими вариантами осуществления настоящего изобретения.Applicants also disclose preferred ranges for suspension composition (liquid + solids) discharged from the reaction medium, and for a portion of the solid STK in suspension. Compositions of the preferred suspension and preferred STK are unexpectedly broader and more useful. For example, purified TFA produced from such a preferred STC by oxidative combustion has a fairly low content of all impurities and colored impurities, therefore, purified TFA is acceptable without hydrogenation of an additional amount of 4-KBA and / or colored impurities for a wide range of applications in PET fibers and PET packaging . For example, the composition of the preferred suspension gives a liquid phase of the reaction medium, which has a relatively low concentration of important impurities, and this significantly reduces the formation of other even more undesirable impurities, as described in the present invention. In addition, the composition of the preferred suspension greatly facilitates the subsequent processing of the liquid from the suspension so that it becomes an acceptable pure recycled solvent in accordance with other embodiments of the present invention.
СТК, произведенная в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, содержит меньше примесей установленных типов, чем СТК, произведенная с помощью обычных процессов и оборудования, особенно тех, в которых используется рециркулированный растворитель. Примеси, которые могут присутствовать в СТК, включают следующие соединения: 4-карбоксибензальдегид (4-КБА), 4,4'-дикарбоксистильбен (4,4'-ДКС, 4,4'-DCS), 2,6-дикарбоксиантрахинон (2,6-ДКА, 2,6-DCA), 2,6-дикарбоксифлуоренон (2,6-ДКФ), 2,7-дикарбоксифлуоренон (2,7-ДКФ), 3,5-дикарбоксифлуоренон (3,5-ДКФ), 9-флуоренон-2-карбоновая кислота (9F-2КК, 9F-2CA), 9-флуоренон-4-карбоновая кислота (9F-4КК, 9F-4CA), все флуореноны, включающие другие флуореноны, не перечисленные отдельно (все флуореноны), 4,4'-дикарбоксибифенил (4,4'-ДКБ), 2,5,4'-трикарбоксибифенил (2,5,4'-ТКБ, 2,5,4'-ТСВ), фталевая кислота (ФК, РА), изофталевая кислота (ИФК, IPA), бензойная кислота (БК, ВА), тримеллитовая кислота (ТМК, ТМА), пара-толуиловая кислота (ПТК, РТАС), 2,6-дикарбоксибензокумарин (2,6-ДКБК, 2,6-DCBC), 4,4'-дикарбоксибензил (4,4'-ДКБЗ, 4,4'-DCBZ), 4,4'-дикарбоксибензофенон (4,4'-ДКБФ, 4,4'-DCBР), 2,5,4'-трикарбоксибензофенон (2,5,4'-ТКБФ, 2,5,4'-ТСВР). В представленной ниже таблице 3 показаны предпочтительные количества этих примесей в СТК, произведенной в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.An STK produced in accordance with one embodiment of the present invention contains fewer impurities of established types than an STK produced using conventional processes and equipment, especially those using a recycled solvent. Impurities that may be present in the STC include the following compounds: 4-carboxybenzaldehyde (4-CBA), 4,4'-dicarboxylstilbene (4,4'-DCS, 4,4'-DCS), 2,6-dicarboxyanthraquinone (2 6-DKA, 2,6-DCA), 2,6-dicarboxyfluorenone (2,6-DKF), 2,7-dicarboxyfluorenone (2,7-DKF), 3,5-dicarboxyfluorenone (3,5-DKF) 9-fluorenone-2-carboxylic acid (9F-2KK, 9F-2CA), 9-fluorenone-4-carboxylic acid (9F-4KK, 9F-4CA), all fluorenones, including other fluorenones not listed separately (all fluorenones ), 4,4'-dicarboxybiphenyl (4,4'-DCB), 2,5,4'-tricarboxybiphenyl (2,5,4'-TKB, 2,5,4'-TSB), phthalic acid (FC, RA) isophthalic acid (IPA, IPA), benzoic acid (BC, VA), trimellitic acid (TMK, TMA), para-toluic acid (PTK, PTAC), 2,6-dicarboxybenzocoumarin (2,6-DCBA, 2,6- DCBC), 4,4'-dicarboxybenzyl (4,4'-DCBZ, 4,4'-DCBZ), 4,4'-dicarboxybenzophenone (4,4'-DCBF, 4,4'-DCBP), 2.5 , 4'-tricarboxybenzophenone (2,5,4'-TKBF, 2,5,4'-ТСВР). The following table 3 shows the preferred amounts of these impurities in STK produced in accordance with an embodiment of the present invention.
Примеси в СТКImpurities in STK
Кроме того, предпочтительно, чтобы СТК, произведенная в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, имела пониженное содержание окрашенных компонентов по сравнению с СТК, произведенной с помощью обычных процессов и оборудования, особенно тех, в которых используется рециркулированный растворитель. Следовательно, предпочтительно, чтобы СТК, произведенная в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, имела процент пропускания при 340 нанометрах (нм), по меньшей мере, приблизительно 25%, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 50% и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 60%. Также предпочтительно, чтобы СТК, произведенная в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, имела процент пропускания при 400 нм, по меньшей мере, приблизительно 88%, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 90% и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 92%.In addition, it is preferable that the STK produced in accordance with an embodiment of the present invention has a lower content of colored components compared to the STK produced using conventional processes and equipment, especially those using a recycled solvent. Therefore, it is preferable that the STK produced in accordance with one embodiment of the present invention have a transmittance at 340 nanometers (nm) of at least about 25%, more preferably at least about 50%, and most preferably at least 60%. It is also preferred that the CTK produced in accordance with one embodiment of the present invention has a transmittance at 400 nm of at least about 88%, more preferably at least about 90%, and most preferably at least 92%.
Тест на процент пропускания дает меру измерения количества окрашенных, поглощающих свет примесей, присутствующих в ТФК или СТК. Используемый в данном случае тест относится к измерениям, выполненным на части раствора, приготовленного путем растворения 2,00 г сухой твердой ТФК или СТК в 20,0 мл диметилсульфоксида (ДМСО) аналитической чистоты или выше. Часть этого раствора помещают в полумикропроточную ячейку Hellma, PN 176.700, которая изготовлена из кварца и имеет длину пути 1,0 см и объем 0,39 мл (Hellma USA, 80 Skyline Drive, Plainview, NY 11803). Используют спектрофотометр Agilent 8453 Diode Array Spectrophotometer для измерения пропускания различных длин волн света через заполненную проточную ячейку (Agilent Technologies, 395 Page Mill Road, Palo Alto, CA 94303). После соответствующей коррекции поглощения относительно фона, в том числе, но без ограничения, ячейки и используемого растворителя данные процента пропускания, характеризующие долю падающего света, которая проходит через раствор, записывают непосредственно с помощью прибора. Значения процента пропускания при длинах волн 340 и 400 нм особенно полезны для отделения чистой ТФК от многих примесей, обычно находимых в ней.The percent transmission test provides a measure of the amount of colored, light-absorbing impurities present in TFA or STK. The test used in this case refers to measurements made on a portion of a solution prepared by dissolving 2.00 g of dry solid TFA or STK in 20.0 ml of analytical dimethyl sulfoxide (DMSO) or higher. A portion of this solution is placed in a Hellma semi-micro-flow cell, PN 176.700, which is made of quartz and has a path length of 1.0 cm and a volume of 0.39 ml (Hellma USA, 80 Skyline Drive, Plainview, NY 11803). An Agilent 8453 Diode Array Spectrophotometer is used to measure the transmission of various wavelengths of light through a filled flow cell (Agilent Technologies, 395 Page Mill Road, Palo Alto, CA 94303). After appropriate correction of the absorption relative to the background, including, but not limited to, the cell and the solvent used, the percent transmission data characterizing the fraction of the incident light that passes through the solution is recorded directly using the device. The transmission percentages at wavelengths of 340 and 400 nm are especially useful for separating pure TFA from many of the impurities commonly found in it.
Предпочтительные интервалы различных ароматических примесей в суспензионной фазе (твердые вещества + жидкость) реакционной среды представлены ниже в таблице 4.Preferred ranges of various aromatic impurities in the suspension phase (solids + liquid) of the reaction medium are presented below in table 4.
Примеси в суспензииImpurities in suspension
Такие предпочтительные композиции суспензии означают предпочтительную композицию жидкой фазы реакционной среды, исключая при этом экспериментальные проблемы, связанные с осаждением дополнительных компонентов жидкой фазы из реакционной среды в компоненты твердой фазы во время отбора образцов из реакционной среды, разделения жидкостей и твердых веществ и смещения аналитических условий.Such preferred suspension compositions mean a preferred liquid phase composition of the reaction medium, while avoiding experimental problems associated with the deposition of additional liquid phase components from the reaction medium into solid phase components during sampling from the reaction medium, separation of liquids and solids, and bias analytical conditions.
Многие другие ароматические примеси, как правило, также присутствуют в суспензионной фазе реакционной среды и в СТК реакционной среды, и их количество обычно меняется при более низких уровнях и/или пропорционально по отношению к одному или нескольким раскрытым ароматическим соединениям. Контролирование раскрытых ароматических соединений в предпочтительных интервалах будет поддерживать другие ароматические примеси на приемлемых уровнях. Такие предпочтительные композиции суспензионной фазы в реакционной среде и в твердой СТК, отобранной непосредственно из суспензии, дают возможность работать с вариантами осуществления настоящего изобретения, описанными для частичного окисления пара-ксилола до ТФК.Many other aromatic impurities, as a rule, are also present in the suspension phase of the reaction medium and in the STK of the reaction medium, and their amount usually varies at lower levels and / or in proportion to one or more disclosed aromatic compounds. Controlling the disclosed aromatic compounds at preferred ranges will maintain other aromatic impurities at acceptable levels. Such preferred compositions of the suspension phase in the reaction medium and in solid STK taken directly from the suspension make it possible to work with the embodiments of the present invention described for the partial oxidation of para-xylene to TFA.
Измерение концентрации компонентов, присутствующих на низком уровне, в растворителе, рециркулированном растворителе, СТК, суспензии из реакционной среды и ТФК проводятся с использованием методов жидкостной хроматографии. Далее описано два взаимозаменяемых варианта осуществления.Measurement of the concentration of components present at a low level in a solvent, a recycled solvent, STK, suspensions from the reaction medium and TFA are carried out using liquid chromatography methods. Two interchangeable embodiments are described below.
Способ, называемый ВЭЖХ-DAD, включает высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ) в сочетании с детектированием с диодной матрицей, чтобы обеспечить разделение и количественную оценку различных видов молекул в данном образце. Прибор, используемый при проведении таких измерений, представляет собой модель 1100 ВЭЖХ, снабженную DAD (детектором с диодной матрицей), предлагаемым Agilent Technologies (Palo Alto, CA), хотя другие подходящие приборы также коммерчески доступны и от других поставщиков. Как известно в данной области техники, и время элюирования, и отклик детектора калибруют с использованием известных соединений, присутствующих в известных количествах, соединений и количеств, которые соответствуют соединениям и количествам, находящимся в неизвестных образцах.A method called HPLC-DAD involves high performance liquid chromatography (HPLC) in combination with diode array detection to allow separation and quantification of various types of molecules in a given sample. The instrument used for such measurements is an 1100 HPLC equipped with a DAD (diode array detector) available from Agilent Technologies (Palo Alto, CA), although other suitable instruments are also commercially available from other suppliers. As is known in the art, both the elution time and the response of the detector are calibrated using known compounds present in known amounts, compounds and amounts that correspond to compounds and quantities found in unknown samples.
Способ, называемый ВЭЖХ-МС, включает высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ) в сочетании с масс-спектрометрией (МС), чтобы обеспечить разделение, идентификацию и количественную оценку различных видов молекул в данном образце. Прибор, используемый при проведении таких измерений, представляет собой Alliance HPLC и ZQ MS, предлагаемый Waters Corp. (Milford, MA), хотя другие подходящие приборы также коммерчески доступны и от других поставщиков. Как известно в данной области техники, и время элюирования, и масс-спектрометрический отклик калибруют с использованием известных соединений, присутствующих в известных количествах, соединений и количеств, которые соответствуют соединениям и количествам, находящимся в неизвестных образцах.A method called HPLC-MS includes high performance liquid chromatography (HPLC) in combination with mass spectrometry (MS) to allow separation, identification and quantification of various types of molecules in a given sample. The instrument used for such measurements is the Alliance HPLC and ZQ MS offered by Waters Corp. (Milford, MA), although other suitable appliances are also commercially available from other suppliers. As is known in the art, both the elution time and the mass spectrometric response are calibrated using known compounds present in known amounts, compounds and amounts that correspond to compounds and amounts found in unknown samples.
Другой вариант осуществления настоящего изобретения относится к частичному окислению ароматического, способного к окислению соединения при соответствующем уравновешивании подавления вредных ароматических примесей, с одной стороны, относительно производства монооксида углерода и диоксида углерода (вместе - оксиды углерода (СОх)), с другой стороны. Такие оксиды углерода, как правило, выходят из реакционной емкости в виде уходящего газа, и они означают деструктивную потерю растворителя и способного к окислению соединения, в том числе, конечно, и, в конечном итоге, предпочтительных окисленных производных (например, уксусной кислоты, пара-ксилола и ТФК). Заявителями выявлены более низкие границы для образования оксидов углерода, ниже которых, как оказывается, высокое образование вредных примесей, которые описаны ниже, и уровень низкой конверсии являются неизбежно слишком плохими для экономической применимости. Также раскрыты верхние границы диоксидов углерода, выше которых образование диоксидов углерода продолжает расти с небольшой дополнительной величиной, обеспеченной снижением образования вредных ароматических примесей.Another embodiment of the present invention relates to the partial oxidation of an aromatic, oxidizable compound with appropriate balancing of the suppression of harmful aromatic impurities, on the one hand, with respect to the production of carbon monoxide and carbon dioxide (collectively carbon oxides (CO x )), on the other hand. Such carbon oxides typically exit the reaction vessel as off-gas, and they mean a destructive loss of solvent and oxidizable compound, including, of course, and, ultimately, preferred oxidized derivatives (e.g., acetic acid, steam -xylene and TPA). Applicants have identified lower limits for the formation of carbon oxides, below which, as it turns out, the high formation of harmful impurities, which are described below, and the level of low conversion are inevitably too bad for economic applicability. The upper boundaries of carbon dioxide are also disclosed, above which the formation of carbon dioxide continues to grow with a small additional value provided by a decrease in the formation of harmful aromatic impurities.
Заявители также установили, что снижение жидкофазных концентраций загрузки способного к окислению ароматического соединения и ароматических промежуточных образцов в реакционной среде приводит к более низким скоростям образования вредных примесей во время реакции частичного окисления способного к окислению ароматического соединения. Такие вредные примеси включают сопряженные ароматические кольца и/или ароматические молекулы, содержащие больше желаемого числа число групп карбоновых кислот (например, при окислении пара-ксилола вредными примесями являются 2,6-дикарбоксиантрахинон, 2,6-дикарбоксифлуоренон, тримеллитовая кислота, 2,5,4'-трикарбоксибифенил и 2,5,4'-бензофенон). Ароматические промежуточные образцы включают ароматические соединения, перешедшие из загрузки способного к окислению соединения и все еще сохраняющие неароматические углеводородные группы (например, при окислении пара-ксилола ароматическими промежуточными образцами являются пара-толуиловый альдегид, терефталевый альдегид, пара-толуиловая кислота, 4-КБА, 4-гидроксиметилбензойная кислота и альфа-бром-пара-толуиловая кислота). Загрузка способного к окислению ароматического соединения и ароматические промежуточные образцы, сохраняющие неароматические углеводородные группы, когда они присутствуют в жидкой фазе реакционной среды, как оказывается, приводят к вредным примесям способом, аналогичным способу, уже описанному для растворенных ароматических образцов, не имеющих неароматических углеводородных групп (например, изофталевая кислота).Applicants have also found that lowering liquid-phase concentrations of the charge of the oxidizable aromatic compound and aromatic intermediate samples in the reaction medium leads to lower formation rates of harmful impurities during the partial oxidation reaction of the oxidizable aromatic compound. Such harmful impurities include conjugated aromatic rings and / or aromatic molecules containing more than the desired number of carboxylic acid groups (for example, when para-xylene is oxidized, 2,6-dicarboxyananthraquinone, 2,6-dicarboxyfluorenone, trimellitic acid, 2,5 are harmful , 4'-tricarboxybiphenyl and 2,5,4'-benzophenone). Aromatic intermediates include aromatic compounds that have passed from the charge of an oxidizable compound and still retain non-aromatic hydrocarbon groups (for example, when para-xylene is oxidized, aromatic intermediates are para-toluyl aldehyde, terephthalic aldehyde, para-toluic acid, 4-CBA, 4-hydroxymethylbenzoic acid and alpha-bromo-para-toluic acid). The loading of an oxidizable aromatic compound and aromatic intermediate samples retaining non-aromatic hydrocarbon groups when they are present in the liquid phase of the reaction medium, as it turns out, lead to harmful impurities in a manner similar to that already described for dissolved aromatic samples without non-aromatic hydrocarbon groups ( e.g. isophthalic acid).
Противопоставив такую необходимость в более высокой реакционной активности для подавления образования вредных ароматических примесей во время частичного окисления способных к окислению ароматических соединений, заявители установили, что нежелательным сопутствующим результатом является повышенное производство оксидов углерода. Важно отметить, что такие оксиды углерода означают потерю выхода по способному к окислению соединения и окислителя, а не только растворителя. Понятно, что значительная, а иногда и принципиальная фракция, оксидов углерода поступает от способного к окислению соединения и его производных, а не от растворителя, и часто способное к окислению соединение стоит дороже из расчета на единицу углерода, чем растворитель. Кроме того, важно отметить, что желаемый продукт карбоновая кислота (например, ТФК) также подвергается избыточному окислению до оксидов углерода, когда присутствует в жидкой фазе реакционной среды.Contrasting such a need for higher reactivity to suppress the formation of harmful aromatic impurities during the partial oxidation of oxidizable aromatic compounds, the applicants have found that an undesirable concomitant result is increased production of carbon oxides. It is important to note that such carbon oxides mean a loss in yield of the oxidizable compound and oxidizing agent, and not just the solvent. It is clear that a significant and sometimes fundamental fraction of carbon oxides comes from an oxidizable compound and its derivatives, and not from a solvent, and often an oxidizable compound is more expensive per unit carbon than a solvent. In addition, it is important to note that the desired carboxylic acid product (for example, TFA) also undergoes excessive oxidation to carbon oxides when present in the liquid phase of the reaction medium.
Также важно отметить, что настоящее изобретение относится к реакциям в жидкой фазе реакционной среды и к концентрациям реагентов в ней. Это противоречит некоторым изобретениям предшествующего уровня техники, которые относятся непосредственно к образованию осажденного твердого вещества из ароматических соединений, сохраняющих неароматические углеводородные группы. Конкретно, в случае частичного окисления пара-ксилола до ТФК некоторые изобретения предшествующего уровня техники относятся к количеству 4-КБА, осажденного в твердой фазе СТК. Однако заявители настоящего изобретения раскрывают изменение более чем от двух к одному для отношения 4-КБА в твердой фазе к 4-КБА в жидкой фазе при использовании некоторого перечня температуры, давления, катализатора, композиции растворителя и объемной скорости реакции пара-ксилола, в зависимости от того, проводится ли частичное окисление в хорошо перемешиваемом автоклаве или в реакционной среде со ступенчатым изменением концентраций кислорода и пара-ксилола в соответствии с настоящим изобретением. Кроме того, заявители наблюдали, что отношение 4-КБА в твердой фазе к 4-КБА в жидкой фазе также может меняться в пределах от двух к одному или в хорошо перемешиваемой или ступенчатой реакционной среде, в зависимости от объемной скорости реакции пара-ксилола при другом аналогичном перечне температуры, давления, катализатора и композиции растворителя. Кроме того, 4-КБА в твердой фазе СТК, оказывается, не вносит вклад в образование вредных примесей, и 4-КБА в твердой фазе может быть выделен и окислен до ТФК и с высоким выходом (например, окислительным сжиганием суспензии СТК, как это описано в данной работе); тогда как удаление вредных примесей является значительно более трудным и дорогим, чем удаление твердофазного 4-КБА, а образование оксидов углерода означает постоянную потерю выхода. Таким образом, важно отличать, что данный аспект настоящего изобретения относится к композициям жидкой фазы в реакционной среде.It is also important to note that the present invention relates to reactions in the liquid phase of the reaction medium and to the concentrations of the reactants therein. This contradicts some of the inventions of the prior art, which relate directly to the formation of precipitated solids from aromatic compounds that retain non-aromatic hydrocarbon groups. Specifically, in the case of partial oxidation of para-xylene to TFA, some prior art inventions relate to the amount of 4-CBA precipitated in the solid phase of STC. However, the applicants of the present invention disclose a change from more than two to one for the ratio of 4-KBA in the solid phase to 4-KBA in the liquid phase using a list of temperature, pressure, catalyst, solvent composition and volumetric reaction rate of para-xylene, depending on whether partial oxidation is carried out in a well-stirred autoclave or in a reaction medium with a stepwise change in the concentrations of oxygen and para-xylene in accordance with the present invention. In addition, the applicants observed that the ratio of 4-CBA in the solid phase to 4-CBA in the liquid phase can also vary from two to one or in a well-mixed or stepwise reaction medium, depending on the volumetric rate of the para-xylene reaction with another a similar list of temperature, pressure, catalyst and solvent composition. In addition, 4-KBA in the solid phase of STK, it turns out, does not contribute to the formation of harmful impurities, and 4-KBA in the solid phase can be isolated and oxidized to TFA and in high yield (for example, by oxidative burning of a suspension of STK, as described In that work); while the removal of harmful impurities is much more difficult and expensive than the removal of solid-phase 4-KBA, and the formation of carbon oxides means a constant loss of yield. Thus, it is important to distinguish that this aspect of the present invention relates to liquid phase compositions in a reaction medium.
Независимо от того, является ли источником растворитель или способное к окислению соединение, заявители установили, что при конверсиях, приемлемых при промышленном применении, выработка оксидов углерода тесно соотносится с уровнем общей реакционной активности, несмотря на широкое изменение в определенной комбинации температуры металлов, галогенов, температуры, кислотности реакционной среды, измеренной по рН, концентрации воды, используемой, чтобы получить определенный уровень общей реакционной активности. Установлено, что при частичном окислении ксилола полезно повышать уровень общей реакционной активности с использованием концентрации в жидкой фазе толуиловой кислоты на средней высоте реакционной среды, внизу реакционной среды и вверху реакционной среды.Regardless of whether the source is a solvent or an oxidizable compound, applicants have found that for conversions acceptable in industrial applications, the production of carbon oxides is closely related to the level of overall reactivity, despite a wide variation in a certain combination of metal temperature, halogen, temperature , the acidity of the reaction medium, measured by pH, the concentration of water used to obtain a certain level of overall reaction activity. It has been found that in the case of partial xylene oxidation, it is useful to increase the level of the general reaction activity using the concentration of toluic acid in the liquid phase at the average height of the reaction medium, at the bottom of the reaction medium and at the top of the reaction medium.
Таким образом, отсюда вытекает важность одновременного выравнивания, чтобы свести до минимума образование вредных примесей за счет повышения реакционной активности и чтобы также свести до минимума образование оксидов углерода за счет понижения реакционной активности. То есть если общее производство оксидов углерода подавляется слишком мало, то образуются избыточные уровни вредных примесей, и наоборот.Thus, the importance of simultaneous alignment follows from this in order to minimize the formation of harmful impurities by increasing the reactivity and to also minimize the formation of carbon oxides by reducing the reactivity. That is, if the total production of carbon oxides is suppressed too little, then excessive levels of harmful impurities are formed, and vice versa.
Кроме того, заявители установили, что растворимость и относительная реакционная способность целевой карбоновой кислоты (например, ТФК) и присутствие других растворенных ароматических образцов, не имеющих неароматических углеводородных групп, дает очень важную точку опоры для такого выравнивания оксидов углерода относительно вредных примесей. Целевой продукт карбоновая кислота, как правило, растворена в жидкой фазе реакционной среды, даже когда присутствует в твердой форме. Например, при температурах в предпочтительном интервале ТФК растворяется в реакционной среде, содержащей уксусную кислоту и воду, в количествах, находящихся в интервале приблизительно от одной тысячной масс.ч./млн до свыше 1% масс., причем растворимость повышается с ростом температуры. Хотя существуют различия в скоростях реакций в направлении образования различных вредных примесей из загрузки способного к окислению ароматического соединения (например, пара-ксилола), из ароматических промежуточных соединений (например, пара-толуиловой кислоты), из целевого продукта ароматической карбоновой кислоты (например, ТФК) и из ароматических образцов, не имеющих неароматических углеводородных групп (например, изофталевой кислоты), присутствие и реакционная способность двух последних групп определяют область убывающих ответов относительно дополнительного подавления первых двух групп, способного к окислению ароматического соединения и ароматических промежуточных реакционных соединений. Например, при частичном окислении пара-ксилола до ТФК, если растворенная ТФК достигает до 7000 масс.ч./млн в жидкой фазе реакционной среды при данных условиях, растворенная бензойная кислота достигает до 8000 масс.ч./млн, растворенная изофталевая кислота достигает до 6000 масс.ч./млн и растворенная фталевая кислота достигает до 2000 масс.ч./млн, то важность снижения уровня всех вредных соединений начинает убывать по мере повышения реакционной активности для подавления жидкофазной концентрации пара-толуиловой кислоты и 4-КБА ниже подобных уровней. То есть присутствие и концентрация в жидкой фазе реакционной среды ароматических образцов, не имеющих ароматических углеводородных групп, меняется очень незначительно за счет повышения реакционной активности, и их присутствие служит для расширения по направлению вверх области убывающих ответов для снижения концентрации реакционных промежуточных соединений, чтобы подавить образование вредных примесей.In addition, the applicants have found that the solubility and relative reactivity of the target carboxylic acid (e.g., TFA) and the presence of other dissolved aromatic samples that do not have non-aromatic hydrocarbon groups provide a very important fulcrum for this alignment of carbon oxides with respect to harmful impurities. The desired product is a carboxylic acid, as a rule, dissolved in the liquid phase of the reaction medium, even when present in solid form. For example, at temperatures in the preferred range, TFA dissolves in a reaction medium containing acetic acid and water in amounts ranging from about one thousandth ppm to over 1% by weight, and solubility increases with temperature. Although there are differences in reaction rates in the direction of formation of various harmful impurities from the charge of an oxidizable aromatic compound (e.g., para-xylene), from aromatic intermediates (e.g., para-toluic acid), from the target aromatic carboxylic acid product (e.g., TFA ) and from aromatic samples that do not have non-aromatic hydrocarbon groups (for example, isophthalic acid), the presence and reactivity of the last two groups determine the region of diminishing responses in a relatively further suppression of the first two groups capable of oxidizing the aromatic compound and aromatic intermediate reaction compounds. For example, in the case of partial oxidation of para-xylene to TPA, if the dissolved TPA reaches up to 7000 parts per million in the liquid phase of the reaction medium under these conditions, the dissolved benzoic acid reaches up to 8000 parts per million, and the dissolved isophthalic acid reaches up to 6000 parts by mass per million and dissolved phthalic acid reaches up to 2000 parts by mass per million, then the importance of reducing the level of all harmful compounds begins to decrease as the reaction activity increases to suppress the liquid-phase concentration of para-toluic acid and 4-KBA below similar levels . That is, the presence and concentration in the liquid phase of the reaction medium of aromatic samples without aromatic hydrocarbon groups varies very slightly due to an increase in reaction activity, and their presence serves to expand upward the region of diminishing responses to reduce the concentration of reaction intermediates in order to suppress the formation of harmful impurities.
Следовательно, один из вариантов осуществления настоящего изобретения предлагает предпочтительные интервалы оксидов углерода (монооксида углерода и диоксида углерода), ограниченных на нижнем конце низкой реакционной активностью и чрезмерным образованием вредных примесей, а на верхнем конце избыточными потерями углерода, но на уровнях, более низких, чем ранее раскрыты и описаны как полезные при промышленной реализации. Соответственно, образование оксидов углерода предпочтительно контролировать следующим образом. Отношение молей всех произведенных оксидов углерода к молям поданного способного к окислению ароматического соединения предпочтительно находится в интервале приблизительно от 0,02:1 до 0,25:1, более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,04:1 до 0,22:1, еще более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,05:1 до 0,19:1 и наиболее предпочтительно в интервале от 0,06:1 до 0,15:1. Отношение молей образованного диоксида углерода к молям поданного способного к окислению ароматического соединения предпочтительно находится в интервале приблизительно от 0,01:1 до 0,21:1, более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,03:1 до 0,19:1, еще более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,04:1 до 0,16:1 и наиболее предпочтительно в интервале от 0,05:1 до 0,11:1. Отношение молей произведенного монооксида углерода к молям поданного способного к окислению ароматического соединения предпочтительно находится в интервале приблизительно от 0,005:1 до 0,09:1, более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,01:1 до 0,07:1, еще более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,015:1 до 0,05:1 и наиболее предпочтительно в интервале от 0,02:1 до 0,4.Therefore, one embodiment of the present invention provides preferred ranges of carbon oxides (carbon monoxide and carbon dioxide), limited at the lower end by low reactivity and excessive formation of harmful impurities, and at the upper end by excessive carbon losses, but at levels lower than previously disclosed and described as useful in industrial implementation. Accordingly, the formation of carbon oxides is preferably controlled as follows. The ratio of moles of all carbon monoxide produced to moles of the oxidizable aromatic compound supplied is preferably in the range of about 0.02: 1 to 0.25: 1, more preferably in the range of about 0.04: 1 to 0.22: 1, even more preferably in the range of from about 0.05: 1 to 0.19: 1, and most preferably in the range of from 0.06: 1 to 0.15: 1. The ratio of moles of carbon dioxide formed to moles of the oxidizable aromatic compound supplied is preferably in the range of about 0.01: 1 to 0.21: 1, more preferably in the range of about 0.03: 1 to 0.19: 1, more more preferably in the range of about 0.04: 1 to 0.16: 1; and most preferably in the range of 0.05: 1 to 0.11: 1. The ratio of moles of carbon monoxide produced to moles of the oxidizable aromatic compound supplied is preferably in the range of about 0.005: 1 to 0.09: 1, more preferably in the range of about 0.01: 1 to 0.07: 1, even more preferably in the range of about 0.015: 1 to 0.05: 1, and most preferably in the range of 0.02: 1 to 0.4.
Содержание диоксида углерода в сухом выходящем газе реактора окисления предпочтительно находится в интервале приблизительно от 0,1 до 1,5% мол., более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,20 до 1,2% мол., еще более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,25 до 0,9% мол. и наиболее предпочтительно в интервале от 0,30 до 0,8% мол. Содержание монооксида углерода в сухом выходящем газе реактора окисления предпочтительно находится в интервале приблизительно от 0,05 до 0,6% мол., более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,10 до 0,5% мол., еще более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,15 до 0,35% мол. и наиболее предпочтительно в интервале от 0,18 до 0,28% мол.The carbon dioxide content in the dry effluent of the oxidation reactor is preferably in the range of about 0.1 to 1.5 mol%, more preferably in the range of about 0.20 to 1.2 mol%, even more preferably in the range of about 0.25 to 0.9 mol% and most preferably in the range from 0.30 to 0.8 mol%. The carbon monoxide content in the dry effluent of the oxidation reactor is preferably in the range of about 0.05 to 0.6 mol%, more preferably in the range of about 0.10 to 0.5 mol%, even more preferably in the range of about 0.15 to 0.35 mol% and most preferably in the range from 0.18 to 0.28 mol%.
Заявители установили, что значимым фактором для уменьшения производства оксидов углерода до предпочтительных интервалов является улучшение чистоты рециркулированного растворителя и загрузки способного к окислению соединения, чтобы понизить концентрацию ароматических соединений, не имеющих неароматических углеводородных групп, в соответствии с установками настоящего изобретения - это одновременно снижает образование оксидов углерода и вредных примесей. Другим фактором является улучшение распределения пара-ксилола и окислителя в пределах реакционной емкости в соответствии с установками настоящего изобретения. Другие факторы, обеспечивающие приведенные выше предпочтительные уровни оксидов углерода, состоят в работе при градиентах в реакционной среде, как это описано в данном изобретении, для давления, температуры, концентрации способного к окислению соединения в жидкой фазе и для окислителя в газовой фазе. Другие факторы, обеспечивающие приведенные выше предпочтительные уровни оксидов углерода, состоят в работе в рамках открытий в данной заявке для предпочтительной объемной скорости реакции, давления, температуры, композиции растворителя, композиции катализатора и механической геометрии реакционной емкости.Applicants have found that a significant factor to reduce the production of carbon oxides to preferred ranges is to improve the purity of the recycled solvent and to load the oxidizable compound in order to lower the concentration of aromatic compounds without non-aromatic hydrocarbon groups in accordance with the settings of the present invention - this simultaneously reduces the formation of oxides carbon and harmful impurities. Another factor is to improve the distribution of para-xylene and oxidizing agent within the reaction vessel in accordance with the settings of the present invention. Other factors providing the above preferred levels of carbon oxides consist in operating at gradients in the reaction medium, as described in this invention, for pressure, temperature, concentration of the oxidizable compound in the liquid phase and for the oxidizing agent in the gas phase. Other factors providing the above preferred levels of carbon oxides are to be found within the scope of the discoveries in this application for the preferred reaction volumetric rate, pressure, temperature, solvent composition, catalyst composition, and mechanical geometry of the reaction vessel.
Одно из возможных преимуществ работы в пределах предпочтительных интервалов образования оксида углерода состоит в том, что применение молекулярного кислорода может быть уменьшено, хотя и не до стехиометрических значений. Несмотря на хорошее ступенчатое изменение окислителя и способного к окислению соединения в соответствии с настоящим изобретением, избыток кислорода должен поддерживаться выше стехиометрического значения, которое рассчитано для загрузки способного к окислению соединения отдельно, чтобы допустить некоторые потери оксидов углерода и создать избыток молекулярного кислорода для контроля образования вредных примесей. Конкретно для случая, когда загрузка способного к окислению соединения представляет собой ксилол, отношение подачи массы молекулярного кислорода к массе ксилола предпочтительно находится в интервале приблизительно от 0,9:1 до 5:1, более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,95:1 до 1,3:1 и наиболее предпочтительно в интервале от 1:1 до 1,15:1. Конкретно для загрузки ксилола усредненное по времени содержание молекулярного кислорода в сухом выходящем газе реактора окисления предпочтительно находится в интервале приблизительно от 0,1 до 6% мол., более предпочтительно в интервале приблизительно от 1 до 2% мол. и наиболее предпочтительно в интервале от 1,5 до 3% мол.One of the possible advantages of working within the preferred ranges of carbon monoxide production is that the use of molecular oxygen can be reduced, although not to stoichiometric values. Despite a good stepwise change in the oxidizing agent and oxidizable compound in accordance with the present invention, the excess oxygen must be maintained above the stoichiometric value that is calculated to load the oxidizable compound separately to allow some loss of carbon oxides and create an excess of molecular oxygen to control the formation of harmful impurities. Specifically, for the case where the charge of the oxidizable compound is xylene, the ratio of molecular oxygen to xylene mass is preferably in the range of about 0.9: 1 to 5: 1, more preferably in the range of about 0.95: 1 to 1.3: 1 and most preferably in the range from 1: 1 to 1.15: 1. Specifically, for xylene loading, the time-averaged molecular oxygen content in the dry effluent of the oxidation reactor is preferably in the range of about 0.1 to 6 mol%, more preferably in the range of about 1 to 2 mol%. and most preferably in the range from 1.5 to 3 mol%.
Другое возможное преимущество работы в пределах предпочтительных интервалов образования оксида углерода состоит в том, что меньшее количество ароматического соединения превращается в оксиды углерода и другие, менее полезные формы. Такое преимущество оценивается с использованием суммы молей всех ароматических соединений, выходящих из реакционной среды, поделенной на сумму молей всех ароматических соединений, поступающих в реакционную среду, в течение непрерывного периода времени, предпочтительно в течение одного часа, более предпочтительно в течение одного дня и наиболее предпочтительно в течение 30 последовательных дней. Такое отношение далее в настоящем изобретении называется «мольным отношение выживания» для ароматических соединений при прохождении через реакционную среду и выражается в числовых процентах. Если все поступающие ароматические соединения выходят из реакционной среды в виде ароматических соединений, которые все преимущественно находятся в окисленной форме поступающих ароматических соединений, то мольное отношение выживания имеет максимальное значение 100%. Если только 1 из каждых 100 поступающих ароматических молекул превращается в оксид углерода и/или другие неароматические молекулы (например, в уксусную кислоту), пока они проходят через реакционную среду, то мольное отношение выживания составляет 99%. Конкретно для случая, когда основная загрузка способного к окислению соединения состоит из ксилола, мольное отношение выживания для ароматического соединения при прохождении через реакционную среду предпочтительно находится в интервале приблизительно от 98 до 99,9%, более предпочтительно в интервале приблизительно от 98,5 до 99,8% и наиболее предпочтительно в интервале от 99,0 до 99,7%.Another possible advantage of working within the preferred ranges of carbon monoxide production is that less aromatic compounds are converted to carbon oxides and other, less useful forms. This advantage is estimated using the sum of moles of all aromatic compounds leaving the reaction medium divided by the sum of moles of all aromatic compounds entering the reaction medium for a continuous period of time, preferably for one hour, more preferably for one day, and most preferably for 30 consecutive days. This ratio is hereinafter referred to as the “molar survival ratio” for aromatic compounds when passing through the reaction medium and is expressed in numerical percent. If all incoming aromatic compounds leave the reaction medium in the form of aromatic compounds, which are all predominantly in the oxidized form of incoming aromatic compounds, then the molar survival ratio has a maximum value of 100%. If only 1 out of every 100 incoming aromatic molecules is converted to carbon monoxide and / or other non-aromatic molecules (for example, acetic acid) while they pass through the reaction medium, then the molar survival ratio is 99%. Specifically, for the case where the main charge of the oxidizable compound consists of xylene, the molar survival ratio for the aromatic compound when passing through the reaction medium is preferably in the range of about 98 to 99.9%, more preferably in the range of about 98.5 to 99 , 8% and most preferably in the range from 99.0 to 99.7%.
Другой аспект рассматриваемого изобретения включает выработку метилацетата в реакционной среде, содержащей уксусную кислоту и одно или несколько способных к окислению ароматических соединений. Такой метилацетат является относительно летучим по сравнению с водой и уксусной кислотой и, следовательно, имеет тенденцию следовать за выходящим газом, если дополнительное охлаждение или другие рабочие узлы не используются для его выделения и/или для его разрушения перед высвобождением выходящего газа обратно в окружающую среду. Образование метилацетата, таким образом, означает эксплуатационные расходы, а также капитальные затраты. По-видимому, метилацетат образуется вначале за счет объединения метильного радикала, возможно, образовавшегося вследствие разложения уксусной кислоты, с кислородом, с получением метилгидроксипероксида, за счет последующего разложения с образованием метанола и, наконец, за счет взаимодействия полученного метанола с оставшейся уксусной кислотой с образованием метилацетата. Вне зависимости от химического пути образования, как установили заявители, когда скорость выработки метилацетата является слишком низкой, образование оксидов углерода также является слишком низким, а образование вредных ароматических примесей слишком высоким. Если метилацетат образуется со слишком высокой скоростью, образование оксидов углерода также является излишне высоким, что приводит к потерям выхода по растворителю, способному к окислению, соединению и окислителю. При использовании предпочтительных вариантов осуществления изобретения отношение количества молей произведенного метилацетата к количеству молей поданного способного к окислению ароматического соединения предпочтительно находится в интервале приблизительно от 0,005:1 до 0,09:1, более предпочтительно в интервале приблизительно от 0,01:1 до 0,07:1 и наиболее предпочтительно в интервале от 0,02:1 до 0,04:1.Another aspect of the subject invention involves the production of methyl acetate in a reaction medium containing acetic acid and one or more oxidizable aromatic compounds. Such methyl acetate is relatively volatile compared to water and acetic acid and, therefore, tends to follow the outgoing gas if additional cooling or other work units are not used to separate it and / or to destroy it before releasing the outgoing gas back into the environment. The formation of methyl acetate thus means operating costs as well as capital costs. Apparently, methyl acetate is formed initially by combining the methyl radical, possibly formed as a result of decomposition of acetic acid, with oxygen, to obtain methyl hydroxy peroxide, due to subsequent decomposition with the formation of methanol and, finally, due to the interaction of the obtained methanol with the remaining acetic acid to form methyl acetate. Regardless of the chemical route of formation, as the applicants have established, when the methyl acetate production rate is too low, the formation of carbon oxides is also too low, and the formation of harmful aromatic impurities is too high. If methyl acetate is formed at too high a rate, the formation of carbon oxides is also unnecessarily high, which results in loss of yield over a solvent capable of oxidation, compound and oxidizing agent. When using preferred embodiments of the invention, the ratio of the number of moles of methyl acetate produced to the number of moles of the oxidizable aromatic compound supplied is preferably in the range of about 0.005: 1 to 0.09: 1, more preferably in the range of about 0.01: 1 to 0, 07: 1 and most preferably in the range from 0.02: 1 to 0.04: 1.
Когда образование диоксида углерода, монооксида углерода, их образование в сумме и/или образование метилацетата находятся ниже предпочтительных интервалов, раскрытых в настоящем изобретении, или когда мольное отношение выживания ароматических соединений находится выше предпочтительных интервалов, раскрытых в настоящем изобретении, должна быть повышена реакционная активность или должна быть понижена СОС. Один усилитель активности повышает температуру в пределах предпочтительных интервалов, описанных в настоящем изобретении. Другой усилитель активности повышает каталитическую активность, которая обеспечивается смесью каталитических химикатов и растворителя. Обычно повышение концентраций кобальта и/или брома будет усиливать реакционную активность, если они используются в рамках предпочтительных интервалов. Регулирование концентрации в пределах реакционной среды других каталитических компонентов и воды также может быть использовано для усиления реакционной активности. СОС понижают за счет снижения скорости подачи способного к окислению соединения и/или за счет повышения объема реакционной среды.When the formation of carbon dioxide, carbon monoxide, their total formation and / or the formation of methyl acetate are below the preferred ranges disclosed in the present invention, or when the molar ratio of the survival of aromatic compounds is above the preferred ranges disclosed in the present invention, the reactivity should be increased or should be lowered SOS. One activity enhancer raises the temperature within the preferred ranges described in the present invention. Another activity enhancer enhances catalytic activity, which is provided by a mixture of catalytic chemicals and a solvent. Typically, increasing concentrations of cobalt and / or bromine will enhance the reactivity if they are used within the preferred ranges. The regulation of the concentration within the reaction medium of other catalytic components and water can also be used to enhance the reaction activity. SOS is reduced by reducing the feed rate of the oxidizable compound and / or by increasing the volume of the reaction medium.
Когда образование диоксида углерода, монооксида углерода, их образование в сумме и/или образование метилацетата составляют больше, чем описанные предпочтительные интервалы, и/или когда мольное отношение выживания ароматических соединений находится выше предпочтительных интервалов, раскрытых в настоящем изобретении, предпочтительные контролирующие действия являются противоположными приведенным выше действиям, также в предпочтительных интервалах, описанных в настоящем изобретении. Отмечено, что особенно полезно повышать СОС насколько это возможно в описанных интервалах, сохраняя при этом хорошее качество окисления, которое оценивается по вредным примесям в СТК и в реакционной среде. Также отмечено, что трудно сохранить такое качество окисления при такой высокой СОС и что очень большая осторожность необходима по следующим показателям: распределение сырья, поступающего в реакционную среду; качество аэрации по всей реакционной среде; деаэрация на выходе из реакционной среды; СОС кислорода и растворенный кислород по всей реакционной среде; избыток окислителя, выходящего из реакционной среды; желаемый пространственный градиент СОС кислорода; желаемый пространственный градиент концентрации способного к окислению соединения; желаемый пространственный градиент концентрации окислителя; головное давление; желаемый пространственный градиент давления и предпочтительная температура на середине высоты реакционной смеси, и как это все обсуждено в данном описании. Дополнительно и с целью достижения более низких количеств диоксида углерода, монооксида углерода и/или их суммы и/или чтобы повысить мольное отношение выживания для ароматических соединений, заявители установили, что полезно подавлять в пределах реакционной зоны концентрацию растворимых ароматических соединений, не имеющих неароматических углеводородных групп (например, изофталевой кислоты, фталевой кислоты и бензойной кислоты); такое подавление может быть реализовано за счет использования более чистого сырья способного к окислению соединения и/или более чистого растворителя, особенно в пределах предпочтительных интервалов, описанных в настоящем изобретении для каждого компонента.When the formation of carbon dioxide, carbon monoxide, their total formation and / or the formation of methyl acetate are greater than the described preferred ranges, and / or when the molar ratio of the survival of aromatic compounds is higher than the preferred ranges disclosed in the present invention, the preferred control actions are opposite to those given above actions, also at preferred intervals described in the present invention. It was noted that it is especially useful to increase the SOS as much as possible in the described intervals, while maintaining a good oxidation quality, which is estimated by harmful impurities in the STC and in the reaction medium. It was also noted that it is difficult to maintain such a quality of oxidation at such a high SOS and that very great caution is necessary for the following indicators: distribution of raw materials entering the reaction medium; aeration quality throughout the reaction medium; deaeration at the outlet of the reaction medium; SOS oxygen and dissolved oxygen throughout the reaction medium; excess oxidizing agent leaving the reaction medium; the desired spatial gradient of oxygen SOS; the desired spatial concentration gradient of the oxidizable compound; the desired spatial gradient of the concentration of oxidizing agent; head pressure the desired spatial pressure gradient and preferred temperature in the middle of the height of the reaction mixture, and as all discussed in this description. Additionally and in order to achieve lower amounts of carbon dioxide, carbon monoxide and / or their sum and / or to increase the molar survival ratio for aromatic compounds, the applicants have found that it is useful to suppress the concentration of soluble aromatic compounds without non-aromatic hydrocarbon groups within the reaction zone (e.g. isophthalic acid, phthalic acid and benzoic acid); such suppression can be realized by using a cleaner feed of an oxidizable compound and / or a cleaner solvent, especially within the preferred ranges described in the present invention for each component.
В реакционной среде, где непрерывно окисляется пара-ксилол до терефталевой кислоты при повышенной СОС, описанной в настоящем изобретении, предпочтительно, чтобы количество пара-толуиловой кислоты в жидкой фазе реакционной среды, поддерживалось в интервале приблизительно от 200 до 10000 масс.ч./млн, более предпочтительно приблизительно от 800 до 8000 масс.ч./млн и наиболее предпочтительно от 1600 до 6000 масс.ч./млн. Кроме того, конверсия пара-ксилола до терефталевой кислоты в реакционной среде предпочтительно поддерживается приблизительно выше 50% мол., более предпочтительно приблизительно выше 90% мол., еще более предпочтительно приблизительно выше 95% мол. и наиболее предпочтительно свыше 97% мол.In a reaction medium where para-xylene is continuously oxidized to terephthalic acid with the increased SOS described in the present invention, it is preferable that the amount of para-toluic acid in the liquid phase of the reaction medium is maintained in the range of about 200 to 10,000 ppm. more preferably from about 800 to 8000 parts by weight per million, and most preferably from 1600 to 6000 parts by weight per million. In addition, the conversion of para-xylene to terephthalic acid in the reaction medium is preferably maintained at about 50 mol%, more preferably about 90 mol%, even more preferably about 95 mol%. and most preferably over 97 mol%.
В одном из вариантов настоящего изобретения предпочтительно, чтобы один или несколько рабочих параметров, описанных в изобретении (в том числе количественно определенных численными значениями рабочих параметров), удерживались в течение значительного с промышленной точки зрения периода времени. Предпочтительно работа в соответствии с одним или несколькими описанными выше рабочими параметрами поддерживается, по меньшей мере, в течение приблизительно 1 часа, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 12 часов, еще более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 36 часов и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 96 часов. Следовательно, если не указано особо, рабочие параметры, описанные в данном случае, как подразумевается, применимы к работе в стационарном, оптимальном/промышленном режиме - в отсутствие операций запуска, остановки или частичной оптимизации.In one embodiment of the present invention, it is preferable that one or more of the operating parameters described in the invention (including quantitatively determined by the numerical values of the operating parameters) are held for a significant industrial period of time. Preferably, operation in accordance with one or more of the operating parameters described above is maintained for at least about 1 hour, more preferably at least about 12 hours, even more preferably at least about 36 hours, and most preferably at least 96 hours. Therefore, unless otherwise indicated, the operating parameters described in this case are, as implied, applicable to stationary, optimal / industrial operation — in the absence of start, stop, or partial optimization operations.
Следует отметить, что для всех численных интервалов, представленных в настоящем изобретении, верхняя и нижняя границы интервалов могут быть независимыми друг от друга. Например, численный интервал от 10 до 100 означает больше чем 10 и/или меньше чем 100. Следовательно, интервал от 10 до 100 обеспечивает поддержку для заявленного ограничения больше чем 10 (без верхней границы), для заявленного ограничения меньше чем 100 (без нижней границы), а также для всего интервала от 10 до 100 (как с верхней границей, так и с нижней границей). Кроме того, когда определение «приблизительно» используется для модификации численного значения, следует понимать, что в одном из вариантов осуществления изобретения численное значение является точным численным значением.It should be noted that for all numerical intervals presented in the present invention, the upper and lower boundaries of the intervals can be independent of each other. For example, a numerical range of 10 to 100 means more than 10 and / or less than 100. Therefore, a range of 10 to 100 provides support for a stated limit of more than 10 (without an upper bound), for a stated limit of less than 100 (without a lower bound ), as well as for the entire interval from 10 to 100 (both with the upper boundary and the lower boundary). In addition, when the definition of “approximately” is used to modify a numerical value, it should be understood that in one embodiment of the invention, the numerical value is an accurate numerical value.
Изобретение описано подробно с помощью конкретных ссылок на предпочтительные варианты его осуществления, но необходимо понимать, что могут быть осуществлены изменения и модификации в рамках сути и объема настоящего изобретения.The invention is described in detail using specific references to preferred embodiments thereof, but it should be understood that changes and modifications can be made within the spirit and scope of the present invention.
Claims (30)
(a) проведение окисления многофазной реакционной среды в реакторе первичного окисления с получением в результате первой суспензии;
(b) проведение дополнительного окисления, по меньшей мере, части указанной первой суспензии в реакторе вторичного окисления, где указанный реактор вторичного окисления представляет собой реактор по типу барботажной колонны,
причем способ дополнительно включает введение ароматического соединения в указанный реактор первичного окисления, где, по меньшей мере, приблизительно 80 мас.% указанного ароматического соединения, введенного в указанный реактор первичного окисления, окисляется в указанном реакторе первичного окисления,
причем головные газы перемещают из верха реактора вторичного окисления в реактор первичного окисления.1. A method of obtaining a composition of aromatic dicarboxylic acid, including
(a) conducting the oxidation of the multiphase reaction medium in the primary oxidation reactor, resulting in a first suspension;
(b) conducting additional oxidation of at least a portion of said first suspension in a secondary oxidation reactor, wherein said secondary oxidation reactor is a bubble column reactor,
moreover, the method further includes introducing an aromatic compound into said primary oxidation reactor, where at least about 80% by weight of said aromatic compound introduced into said primary oxidation reactor is oxidized in said primary oxidation reactor,
moreover, the head gases are transferred from the top of the secondary oxidation reactor to the primary oxidation reactor.
- реактор первичного окисления, ограничивающий первое впускное отверстие и первое выпускное отверстие; и
- реактор вторичного окисления, ограничивающий второе впускное отверстие и второе выпускное отверстие,
где указанное первое выпускное отверстие связано передачей потока жидкости с указанным вторым впускным отверстием, где указанный реактор вторичного окисления представляет собой реактор по типу барботажной колонны.18. The reactor system for carrying out the method according to claim 1, including
- a primary oxidation reactor restricting the first inlet and the first outlet; and
- a secondary oxidation reactor bounding the second inlet and the second outlet,
where said first outlet is connected by transmitting a fluid stream to said second inlet, wherein said secondary oxidation reactor is a bubble column reactor.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US11/366,005 US20070208194A1 (en) | 2006-03-01 | 2006-03-01 | Oxidation system with sidedraw secondary reactor |
US11/366,005 | 2006-03-01 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008138888A RU2008138888A (en) | 2010-04-10 |
RU2457197C2 true RU2457197C2 (en) | 2012-07-27 |
Family
ID=38294018
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008138888/04A RU2457197C2 (en) | 2006-03-01 | 2007-02-16 | Oxidation system having secondary reactor for side stream |
Country Status (12)
Country | Link |
---|---|
US (3) | US20070208194A1 (en) |
EP (1) | EP1988989A1 (en) |
JP (1) | JP2009528350A (en) |
KR (1) | KR101409133B1 (en) |
CN (2) | CN104649886A (en) |
BR (1) | BRPI0708435A2 (en) |
CA (1) | CA2643523A1 (en) |
MX (1) | MX2008010936A (en) |
MY (1) | MY162520A (en) |
RU (1) | RU2457197C2 (en) |
TW (1) | TW200740745A (en) |
WO (1) | WO2007106289A1 (en) |
Families Citing this family (33)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8189042B2 (en) * | 2006-12-15 | 2012-05-29 | Pollack Laboratories, Inc. | Vision analysis system for a process vessel |
US8254657B2 (en) * | 2007-01-08 | 2012-08-28 | Pollack Laboratories, Inc. | Image recognition and analysis system and software |
CN101143811B (en) * | 2007-09-29 | 2010-06-23 | 中国石化仪征化纤股份有限公司 | Method for producing aromatic acid by using bubble column oxidation reactor |
US8968686B2 (en) * | 2010-01-29 | 2015-03-03 | Grupo Petrotemex, S.A. De C.V. | Oxidation system with sidedraw secondary reactor |
US8936767B2 (en) * | 2010-01-29 | 2015-01-20 | Grupo Petrotemex. S.A. de C.V. | Oxidation system with sidedraw secondary reactor |
US8790601B2 (en) * | 2010-01-29 | 2014-07-29 | Grupo Petrotemex, S.A. De C.V. | Oxidation system with sidedraw secondary reactor |
US9849434B2 (en) * | 2010-09-22 | 2017-12-26 | Grupo Petrotemex, S.A. De C.V. | Methods and apparatus for enhanced gas distribution |
US8759571B2 (en) | 2011-12-29 | 2014-06-24 | Uop Llc | Process for oxidizing alkyl-aromatic compounds |
US8927764B2 (en) | 2011-12-29 | 2015-01-06 | Uop Llc | Process for producing terephthalic acid |
US8697905B2 (en) | 2011-12-29 | 2014-04-15 | Uop Llc | Process for producing terephthalic acid |
US9024059B2 (en) | 2011-12-29 | 2015-05-05 | Uop Llc | Process for producing terephthalic acid |
US9045408B2 (en) | 2011-12-29 | 2015-06-02 | Uop Llc | Process for oxidizing alkyl-aromatic compounds |
US9156765B2 (en) | 2011-12-29 | 2015-10-13 | Uop Llc | Process for oxidizing alkyl-aromatic compounds |
US9150484B2 (en) | 2011-12-29 | 2015-10-06 | Uop Llc | Process for producing terephthalic acid |
US9085522B2 (en) | 2011-12-29 | 2015-07-21 | Uop Llc | Process for producing terephthalic acid |
US9359251B2 (en) | 2012-02-29 | 2016-06-07 | Corning Incorporated | Ion exchanged glasses via non-error function compressive stress profiles |
US11079309B2 (en) | 2013-07-26 | 2021-08-03 | Corning Incorporated | Strengthened glass articles having improved survivability |
RU2547104C2 (en) * | 2013-08-26 | 2015-04-10 | Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" | Mass-transfer apparatus |
US9517968B2 (en) | 2014-02-24 | 2016-12-13 | Corning Incorporated | Strengthened glass with deep depth of compression |
CN103936581A (en) * | 2014-04-24 | 2014-07-23 | 天华化工机械及自动化研究设计院有限公司 | Method for improving CTA (Cellulose Triacetate) solvent exchange efficiency |
TWI729925B (en) | 2014-06-19 | 2021-06-01 | 美商康寧公司 | Glasses having non-frangible stress profiles |
CN206580739U (en) | 2014-10-08 | 2017-10-24 | 康宁股份有限公司 | Glass based articles |
US10150698B2 (en) | 2014-10-31 | 2018-12-11 | Corning Incorporated | Strengthened glass with ultra deep depth of compression |
TWI726720B (en) | 2014-11-04 | 2021-05-01 | 美商康寧公司 | Deep non-frangible stress profiles and methods of making |
US11613103B2 (en) | 2015-07-21 | 2023-03-28 | Corning Incorporated | Glass articles exhibiting improved fracture performance |
US10579106B2 (en) | 2015-07-21 | 2020-03-03 | Corning Incorporated | Glass articles exhibiting improved fracture performance |
TWI697463B (en) | 2015-12-11 | 2020-07-01 | 美商康寧公司 | Fusion-formable glass-based articles including a metal oxide concentration gradient |
JP7023861B2 (en) | 2016-04-08 | 2022-02-22 | コーニング インコーポレイテッド | Glass-based articles containing metal oxide concentration gradients |
DE202017007024U1 (en) | 2016-04-08 | 2019-03-25 | Corning Incorporated | Glass-based articles including a stress profile covering two areas |
CN106237966B (en) * | 2016-08-23 | 2018-11-09 | 南京大学 | The reactor of production aromatic aldehyde is aoxidized for toluene substance |
US10000435B1 (en) | 2017-02-28 | 2018-06-19 | Grupo Petrotemex, S.A. De C.V. | Energy and environmentally integrated method for production of aromatic dicarboxylic acids by oxidation |
US10647930B2 (en) * | 2017-09-29 | 2020-05-12 | Indian Oil Corporation Limited | Reactor system and process for upgrading heavy hydrocarbonaceous material |
CN109865493A (en) * | 2019-01-31 | 2019-06-11 | 浙江大学 | A kind of twin drum bubble column reaction unit and reaction process for p xylene oxidation |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2310210A (en) * | 1996-02-13 | 1997-08-20 | Mitsubishi Chem Corp | Producing an aromatic carboxylic acid |
US5821270A (en) * | 1997-05-02 | 1998-10-13 | Exxon Research And Engineering Company | Slurry hydrocarbon synthesis process with multistage catalyst rejuvenation |
US6800664B1 (en) * | 2003-05-23 | 2004-10-05 | Conocophillips Company | Conjoined reactor system |
RU2259346C2 (en) * | 2000-01-21 | 2005-08-27 | Бп Корпорейшн Норт Америка Инк. | Aromatic carboxylic acid production process |
Family Cites Families (108)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2694622A (en) * | 1948-07-02 | 1954-11-16 | Union Oil Co | Hydrocarbon refining apparatus |
US3064044A (en) * | 1957-08-15 | 1962-11-13 | Standard Oil Co | Multistage oxidation system for preparing dicarboxylic acid |
NL276649A (en) * | 1960-10-12 | |||
GB983677A (en) | 1962-04-27 | 1965-02-17 | Mitsui Petrochemical Ind | A process for the preparation of terephthalic acid having extremely high purity |
GB1152575A (en) | 1965-05-17 | 1969-05-21 | Standard Oil Co | Purification of Aromatic Polycarboxylic Acids. |
NL6606774A (en) * | 1965-05-17 | 1966-11-18 | ||
US3584039A (en) * | 1967-08-30 | 1971-06-08 | Standard Oil Co | Fiber-grade terephthalic acid by catalytic hydrogen treatment of dissolved impure terephthalic acid |
FR2006269A1 (en) | 1968-04-16 | 1969-12-26 | Celanese Corp | |
US3626001A (en) * | 1968-05-09 | 1971-12-07 | Atlantic Richfield Co | Method for the production of high-purity isophthalic or terephthalic acid |
US3629321A (en) * | 1969-05-26 | 1971-12-21 | Standard Oil Co | Integration of para-xylene oxidation to terephthalic acid and its esterification to dimethyl terephthalate |
DE1927937A1 (en) | 1969-05-31 | 1970-12-17 | Dynamit Nobel Ag | Process for the preparation of benzene dicarboxylic acids or benzene dicarboxylic acid esters |
GB1373230A (en) | 1971-12-23 | 1974-11-06 | Mitsui Petrochemical Ind | Process for producing terephthalic acid |
BE794622A (en) * | 1972-01-28 | 1973-07-26 | Bayer Ag | CAPROLACTAM PURIFICATION PROCESS |
GB1358520A (en) | 1972-06-05 | 1974-07-03 | Crampton K J A | Oxidation of aromatic organic compounds |
JPS5328421B2 (en) * | 1973-05-15 | 1978-08-15 | ||
US3931305A (en) * | 1973-08-20 | 1976-01-06 | Standard Oil Company | Terephthalic acid recovery by continuous flash crystallization |
US3850983A (en) * | 1973-10-15 | 1974-11-26 | Standard Oil Co | Separation of terephthalic from paratoluic acid from solutions thereof in water and/or acetic acid |
JPS5614101B2 (en) | 1974-07-31 | 1981-04-02 | ||
JPS5936230B2 (en) | 1975-06-03 | 1984-09-03 | 株式会社光電製作所 | Overvoltage indicator circuit |
PL102150B1 (en) | 1976-07-29 | 1979-03-31 | Inst Ciezkiej Syntezy Orga | A METHOD OXIDIZING P-XYLENE AND METHYL P-TOLUYLATE |
JPS5949212B2 (en) | 1976-09-16 | 1984-12-01 | 三菱化学株式会社 | Manufacturing method of terephthalic acid |
US4158738A (en) * | 1977-05-26 | 1979-06-19 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Process for the production of fiber-grade terephthalic acid |
JPS5425292A (en) | 1977-07-28 | 1979-02-26 | Mitsubishi Chem Ind Ltd | Method of recovering liquid phase oxidation catalyst of terephthalic acid |
JPS5555138A (en) | 1978-10-19 | 1980-04-22 | Mitsubishi Chem Ind Ltd | Preparation of highly pure terephthalic acid |
IT1129759B (en) * | 1980-01-23 | 1986-06-11 | Montedison Spa | METHOD TO RECOVER IN ACTIVE FORM THE COMPONENTS OF THE CATALYTIC SYSTEM OF THE SYNTHESIS OF TEREPHTHALIC ACID |
JPS57188543A (en) | 1981-05-13 | 1982-11-19 | Mitsubishi Chem Ind Ltd | Preparation of terephthalic acid |
JPS59104345A (en) * | 1982-12-03 | 1984-06-16 | Kuraray Yuka Kk | Production of terephthalic acid suitable for direct polymerization |
JPS59106435A (en) * | 1982-12-10 | 1984-06-20 | Mitsubishi Chem Ind Ltd | Production of high-purity terephthalic acid |
EP0121438A1 (en) | 1983-03-31 | 1984-10-10 | Vickers Plc | Flexible manufacturing system and method |
US4500732A (en) * | 1983-09-15 | 1985-02-19 | Standard Oil Company (Indiana) | Process for removal and recycle of p-toluic acid from terephthalic acid crystallizer solvent |
US4898717A (en) * | 1984-01-04 | 1990-02-06 | Mobil Oil Corp. | Multistage process for converting oxygenates to distillate hydrocarbons with interstage ethene recovery |
US4892970A (en) * | 1985-12-30 | 1990-01-09 | Amoco Corporation | Staged aromatics oxidation in aqueous systems |
US4719247A (en) * | 1987-02-10 | 1988-01-12 | Ici Americas Inc. | Deformable polyurethane having improved cure time |
JP2504461B2 (en) | 1987-04-24 | 1996-06-05 | 三菱化学株式会社 | Manufacturing method of high quality terephthalic acid |
US4939297A (en) * | 1989-06-05 | 1990-07-03 | Eastman Kodak Company | Extraction process for removal of impurities from terephthalic acid filtrate |
US5171548A (en) * | 1990-06-06 | 1992-12-15 | Advanced Separation Technologies Incorporated | Process for the removal of vanadium from wet process phosphoric acid |
US5095145A (en) * | 1990-11-05 | 1992-03-10 | Amoco Corporation | Preparation of purified terephthalic acid from waste polyethylene terephthalate |
US5095146A (en) * | 1991-03-25 | 1992-03-10 | Amoco Corporation | Water addition to crystallization train to purify terephthalic acid product |
US5175355A (en) * | 1991-04-12 | 1992-12-29 | Amoco Corporation | Improved process for recovery of purified terephthalic acid |
JP2557578B2 (en) | 1991-07-12 | 1996-11-27 | 三菱化学株式会社 | Method for recovering liquid phase oxidation catalyst for paraxylene |
GB9310070D0 (en) * | 1992-05-29 | 1993-06-30 | Ici Plc | Process for the production of purified terephthalic acid |
US5260239A (en) * | 1992-12-18 | 1993-11-09 | Exxon Research & Engineering Company | External catalyst rejuvenation system for the hydrocarbon synthesis process |
US5540847A (en) * | 1993-04-29 | 1996-07-30 | Stultz; Jeffrey H. | Sludge digestion |
KR970000136B1 (en) * | 1993-09-28 | 1997-01-04 | 브이.피. 유리예프 | Process for producing highly purified benzenedicarboxylic acid isomers |
US5567842A (en) * | 1994-11-16 | 1996-10-22 | Mitsubishi Chemical Corporation | Process for producing terephthalic acid |
US5510521A (en) * | 1995-03-27 | 1996-04-23 | Eastman Chemical Company | Process for the production of aromatic carboxylic acids |
JPH09157214A (en) | 1995-10-05 | 1997-06-17 | Mitsubishi Chem Corp | Production of aromatic carboxylic acid |
US5756833A (en) | 1996-02-01 | 1998-05-26 | Amoco Corporation | Catalytic purification and recovery of dicarboxylic aromatic acids |
DE19630186B4 (en) * | 1996-07-26 | 2007-11-15 | BüHLER GMBH | agitating mill |
BR9711388A (en) | 1996-08-29 | 2000-05-09 | Du Pont | Method for recovering residual amounts of cobalt and manganese heavy metal catalyst |
ID19133A (en) * | 1996-12-12 | 1998-06-18 | Praxair Technology Inc | FILLING OXYGEN DIRECTLY INTO THE BULLET ROOM REACTORS |
US5958986A (en) * | 1997-05-02 | 1999-09-28 | Exxon Research And Engineering Co. | Slurry hydrocarbon synthesis process with catalyst rejuvenation in external lift pipe (law544) |
US5770629A (en) * | 1997-05-16 | 1998-06-23 | Exxon Research & Engineering Company | Slurry hydrocarbon synthesis with external product filtration |
KR20010033086A (en) | 1997-12-15 | 2001-04-25 | 오노 알버어스 | Method to produce aromatic carboxylic acids |
US6137001A (en) * | 1998-02-11 | 2000-10-24 | Bp Amoco Corporation | Process for preparing aromatic carboxylic acids with efficient treatments of gaseous effluent |
JPH11343264A (en) | 1998-05-28 | 1999-12-14 | Mitsubishi Chemical Corp | Production of aromatic carboxylic acid |
US6080372A (en) * | 1998-09-11 | 2000-06-27 | Air Products And Chemicals, Inc. | Two stage reactor for continuous three phase slurry hydrogenation and method of operation |
US6392091B2 (en) * | 1998-11-24 | 2002-05-21 | Tsong-Dar Vincent Lin | Process of purifying and producing high purity aromatic polycarboxylic acids |
US6297348B1 (en) * | 1999-08-30 | 2001-10-02 | Shell Oil Company | Closely linking a NDA process with a pen process |
US6201030B1 (en) * | 1999-09-22 | 2001-03-13 | Syntroleum Corporation | Process and apparatus for regenerating a particulate catalyst |
WO2001038279A1 (en) * | 1999-11-26 | 2001-05-31 | Chemintel (India) Private Limited | Process for preparation of benzene dicarboxylic acids |
US6949673B2 (en) * | 2000-01-12 | 2005-09-27 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Process for producing carboxylic acids |
US7060853B2 (en) | 2000-01-12 | 2006-06-13 | Invista North America S.A R.L. | Method for increasing oxidation reactor production capacity |
JP2001288139A (en) | 2000-02-04 | 2001-10-16 | Mitsubishi Chemicals Corp | Method for producing high-purity terephthalic acid |
JP2001247511A (en) | 2000-03-07 | 2001-09-11 | Mitsubishi Chemicals Corp | Method of producing aromatic carboxylic acid |
US6679951B2 (en) * | 2000-05-15 | 2004-01-20 | Asm Intenational N.V. | Metal anneal with oxidation prevention |
US6765113B2 (en) * | 2000-07-19 | 2004-07-20 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Production of aromatic carboxylic acids |
US6436720B1 (en) * | 2000-09-15 | 2002-08-20 | Cellular Process Chemistry, Inc. | Residence time providing module/apparatus |
US6986874B2 (en) * | 2000-12-14 | 2006-01-17 | The Boc Group, Inc. | Method and apparatus for the production of nitrogen trifluoride |
US6984753B2 (en) * | 2001-05-15 | 2006-01-10 | Dow Italia S.R.L. | Agitation system for alkylbenzene oxidation reactors |
US6504051B1 (en) * | 2001-06-04 | 2003-01-07 | Eastman Chemical Company | Process for production of aromatic carboxylic acids with improved water removal technique |
US7485747B2 (en) * | 2001-06-04 | 2009-02-03 | Eastman Chemical Company | Two stage oxidation process for the production of aromatic dicarboxylic acids |
US7196215B2 (en) * | 2001-06-04 | 2007-03-27 | Eastman Chemical Company | Process for the production of purified terephthalic acid |
US6689903B2 (en) * | 2001-06-04 | 2004-02-10 | Eastman Chemical Company | Crystallization method for production of purified aromatic dicarboxylic acids |
EP1409438B1 (en) * | 2001-07-13 | 2010-08-11 | ExxonMobil Research and Engineering Company | Direct production of high purity fischer-tropsch wax |
AU2003280809A1 (en) * | 2002-11-14 | 2004-06-03 | Mitsubishi Chemical Corporation | Process for producing terephthalic acid |
JP2004168716A (en) | 2002-11-20 | 2004-06-17 | Mitsubishi Chemicals Corp | Method for manufacturing terephthalic acid |
US7132566B2 (en) * | 2003-09-22 | 2006-11-07 | Eastman Chemical Company | Process for the purification of a crude carboxylic acid slurry |
US7074954B2 (en) * | 2002-12-09 | 2006-07-11 | Eastman Chemical Company | Process for the oxidative purification of terephthalic acid |
US7161027B2 (en) * | 2002-12-09 | 2007-01-09 | Eastman Chemical Company | Process for the oxidative purification of terephthalic acid |
JP2006509044A (en) * | 2002-12-09 | 2006-03-16 | イーストマン ケミカル カンパニー | Method for purifying crude carboxylic acid slurry |
US20040215036A1 (en) * | 2003-04-25 | 2004-10-28 | Robert Lin | Method for heating a crude carboxylic acid slurry in a post oxidation zone by the addition of steam |
US7153480B2 (en) * | 2003-05-22 | 2006-12-26 | David Robert Bickham | Apparatus for and method of producing aromatic carboxylic acids |
US7452522B2 (en) * | 2003-06-05 | 2008-11-18 | Eastman Chemical Company | Extraction process for removal of impurities from an oxidizer purge stream in the synthesis of carboxylic acid |
US7410632B2 (en) * | 2003-06-05 | 2008-08-12 | Eastman Chemical Company | Extraction process for removal of impurities from mother liquor in the synthesis of carboxylic acid |
US7494641B2 (en) * | 2003-06-05 | 2009-02-24 | Eastman Chemical Company | Extraction process for removal of impurities from an oxidizer purge stream in the synthesis of carboxylic acid |
US7282151B2 (en) * | 2003-06-05 | 2007-10-16 | Eastman Chemical Company | Process for removal of impurities from mother liquor in the synthesis of carboxylic acid using pressure filtration |
US7547803B2 (en) * | 2003-06-20 | 2009-06-16 | Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. | Process for producing a high purity aromatic polycarboxylic acid |
US7485746B2 (en) * | 2003-11-14 | 2009-02-03 | Bp Corporation North America Inc. | Staged countercurrent oxidation |
KR100575192B1 (en) | 2003-11-19 | 2006-04-28 | 메탈화학(주) | Method for recovering cobalt and manganese from waste catalyst of terephthalic acid production |
US7546747B2 (en) * | 2004-01-15 | 2009-06-16 | Eastman Chemical Company | Process for production of a dried carboxylic acid cake suitable for use in polyester production |
WO2005075403A1 (en) | 2004-02-05 | 2005-08-18 | Mitsubishi Chemical Corporation | Method for producing aromatic carboxylic acid |
US7348452B2 (en) * | 2004-04-22 | 2008-03-25 | Eastman Chemical Company | Liquid phase oxidation of P-xylene to terephthalic acid in the presence of a catalyst system containing nickel, manganese, and bromine atoms |
US20050283022A1 (en) * | 2004-06-18 | 2005-12-22 | Sheppard Ronald B | Filtrate preparation process for terephthalic acid filtrate treatment |
US7572932B2 (en) * | 2004-09-02 | 2009-08-11 | Eastman Chemical Company | Optimized liquid-phase oxidation |
US7504535B2 (en) | 2004-09-02 | 2009-03-17 | Eastman Chemical Company | Optimized liquid-phase oxidation |
US7572936B2 (en) * | 2004-09-02 | 2009-08-11 | Eastman Chemical Company | Optimized liquid-phase oxidation |
US7910769B2 (en) * | 2004-09-02 | 2011-03-22 | Eastman Chemical Company | Optimized liquid-phase oxidation |
US7381836B2 (en) * | 2004-09-02 | 2008-06-03 | Eastman Chemical Company | Optimized liquid-phase oxidation |
US7589231B2 (en) * | 2004-09-02 | 2009-09-15 | Eastman Chemical Company | Optimized liquid-phase oxidation |
US7568361B2 (en) * | 2004-09-02 | 2009-08-04 | Eastman Chemical Company | Optimized liquid-phase oxidation |
US7371894B2 (en) * | 2004-09-02 | 2008-05-13 | Eastman Chemical Company | Optimized liquid-phase oxidation |
US7615663B2 (en) * | 2004-09-02 | 2009-11-10 | Eastman Chemical Company | Optimized production of aromatic dicarboxylic acids |
US7692037B2 (en) * | 2004-09-02 | 2010-04-06 | Eastman Chemical Company | Optimized liquid-phase oxidation |
US7741515B2 (en) * | 2004-09-02 | 2010-06-22 | Eastman Chemical Company | Optimized liquid-phase oxidation |
US7608732B2 (en) * | 2005-03-08 | 2009-10-27 | Eastman Chemical Company | Optimized liquid-phase oxidation |
US20060205977A1 (en) * | 2005-03-08 | 2006-09-14 | Sumner Charles E Jr | Processes for producing terephthalic acid |
US7355068B2 (en) * | 2006-01-04 | 2008-04-08 | Eastman Chemical Company | Oxidation system with internal secondary reactor |
-
2006
- 2006-03-01 US US11/366,005 patent/US20070208194A1/en not_active Abandoned
-
2007
- 2007-02-16 KR KR1020087021156A patent/KR101409133B1/en active IP Right Grant
- 2007-02-16 CN CN201410838165.6A patent/CN104649886A/en active Pending
- 2007-02-16 MX MX2008010936A patent/MX2008010936A/en active IP Right Grant
- 2007-02-16 CA CA002643523A patent/CA2643523A1/en not_active Abandoned
- 2007-02-16 MY MYPI20083359A patent/MY162520A/en unknown
- 2007-02-16 CN CNA2007800074499A patent/CN101394923A/en active Pending
- 2007-02-16 RU RU2008138888/04A patent/RU2457197C2/en active
- 2007-02-16 EP EP07750871A patent/EP1988989A1/en active Pending
- 2007-02-16 WO PCT/US2007/004067 patent/WO2007106289A1/en active Application Filing
- 2007-02-16 JP JP2008557283A patent/JP2009528350A/en not_active Withdrawn
- 2007-02-16 BR BRPI0708435-8A patent/BRPI0708435A2/en active IP Right Grant
- 2007-02-27 TW TW096106614A patent/TW200740745A/en unknown
- 2007-08-29 US US11/846,846 patent/US7829037B2/en active Active
-
2010
- 2010-02-22 US US12/709,547 patent/US8153840B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2310210A (en) * | 1996-02-13 | 1997-08-20 | Mitsubishi Chem Corp | Producing an aromatic carboxylic acid |
US5821270A (en) * | 1997-05-02 | 1998-10-13 | Exxon Research And Engineering Company | Slurry hydrocarbon synthesis process with multistage catalyst rejuvenation |
RU2259346C2 (en) * | 2000-01-21 | 2005-08-27 | Бп Корпорейшн Норт Америка Инк. | Aromatic carboxylic acid production process |
US6800664B1 (en) * | 2003-05-23 | 2004-10-05 | Conocophillips Company | Conjoined reactor system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1988989A1 (en) | 2008-11-12 |
MX2008010936A (en) | 2008-09-03 |
KR101409133B1 (en) | 2014-06-17 |
US20070292319A1 (en) | 2007-12-20 |
US20070208194A1 (en) | 2007-09-06 |
US7829037B2 (en) | 2010-11-09 |
US20100200804A1 (en) | 2010-08-12 |
JP2009528350A (en) | 2009-08-06 |
RU2008138888A (en) | 2010-04-10 |
TW200740745A (en) | 2007-11-01 |
KR20080103978A (en) | 2008-11-28 |
US8153840B2 (en) | 2012-04-10 |
MY162520A (en) | 2017-06-15 |
CN104649886A (en) | 2015-05-27 |
WO2007106289A1 (en) | 2007-09-20 |
BRPI0708435A2 (en) | 2011-05-31 |
CN101394923A (en) | 2009-03-25 |
CA2643523A1 (en) | 2007-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2457197C2 (en) | Oxidation system having secondary reactor for side stream | |
EP2363204B1 (en) | Oxidation system with internal secondary reactor | |
US7358389B2 (en) | Oxidation system employing internal structure for enhanced hydrodynamics | |
EP1784378B1 (en) | PRODUCTION PROCESS OF crude terephthalic acid | |
RU2458907C2 (en) | System for producing polycarboxylic acid, using cooled mother solution from oxidative combustion as cleaning system charge | |
KR101364801B1 (en) | Optimized liquid-phase oxidation | |
EP1791802B1 (en) | Optimized liquid-phase oxidation of p-xylene | |
EP1784377B1 (en) | Optimized liquid-phase oxidation | |
EP1786753B1 (en) | Optimized liquid-phase oxidation | |
RU2388743C2 (en) | Optimised liquid-phase oxidation | |
EP1802562B1 (en) | Optimized liquid-phase oxidation of paraxylene |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20121119 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20140505 |
|
QC41 | Official registration of the termination of the licence agreement or other agreements on the disposal of an exclusive right |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20140505 Effective date: 20150902 |